Beynimizin Zaman İçinde Anıları Nasıl Düzenlediğine Bir Bakış

Hafızamızın organizasyonu üzerine yapılan araştırmalar, bunun bilişsel bozuklukları tersine çevirmek için tedavilere yol açabileceği düşünüldüğünde, sinirbilimciler arasında uzun zamandır hayranlık uyandıran bir konu olmuştur. Burada, uzamsal navigasyonda koordineli bir nöronal aktivite “dalgasının” önemini ve bağlantılı hatıraların nasıl kodlandığının altında yatan zamansal doğayı gösteren hafızanın nasıl organize edildiğine dair bazı yeni bulguları gözden geçiriyoruz.

Bu amaçla, burada açıklanan sonuçlar, hipokampüsün - beynin hafıza merkezi - anılarımızın oluşumu ve pekiştirilmesinde ve buna bağlı olarak kimlik duygumuzdaki önemli ve değişken rolünü vurgulamaktadır.

Beynin Nöronal "Orkestrasını" Yönetmek: Zihnimizin Gözünde Uzamsal Haritalar

Bir fare için, çevresinde gezinirken bir uzay haritası nasıl güncellenir ve üretilir? Yakın zamanda yapılan bir çalışmada, bilim adamları ilk kez fare beynindeki CA1 merkezi hipokampal alanın bu haritadan sorumlu olduğunu ve bunun yakındaki beyin bölgelerinden gelen sinir dalgası girdisi yoluyla gerçekleştiğini bildirdi. Bunu göstermek için, CA1'in yakınında bulunan hipokampal CA3 bölgesi, girişi kapatılacak şekilde manipüle edildi. Nitekim, girdi durdurulduğunda, güncellenmiş haritalarda önemli bir karışıklık oldu.

Bu çalışmada, fareler, CA3'ü beynin diğer alanlarına bağlayan sinaptik bağlantıların işlevini durduran bir toksini CA3'te ifade etmek üzere genetik olarak tasarlandı. Bu, nöronal aktiviteyi değiştirmez, ancak sinapslar arasındaki iletişimi ortadan kaldırır ve bilim adamlarının, CA3 girdisi ortadan kaldırıldığında CA1'deki uzay haritasına ne olduğunu araştırmalarına izin verdi.

Daha sonra, fareler bir yolda koşarken, tek tek nöronlardan gelen elektrik akımı ve daha büyük bir nöron grubundan (yerel alan potansiyelleri olarak adlandırılır) toplam elektrik akımı kaydedildi. Bilim adamları daha sonra her bir teta döngüsünü veya hipokampustaki nöral uzaysal haritanın farelerin aktivitesine göre güncellendiği süreyi ölçebileceklerdi.

Transgenik fareler bir navigasyon görevini yerine getirmede zorluk çekmemiş ve tek nöron sinyalleri uzamsal bilgiyi doğru bir şekilde temsil edebilse de, temel bulgu, bu nöronal sinyallerin organizasyonunda küresel popülasyon düzeyinde açık hatalar olduğuydu. Bunu açıklamak için basit bir benzetme, CA3'ten CA1'e girdiyi ortadan kaldırmanın nöral "müziği" değiştirmediği, bunun yerine "iletkeni" kaldırması olabilir.

Bu çalışma, yer hücrelerinin topluluklarını birbirine bağlayan devreler (uzaysal navigasyonla ilgili bir tür hipokampal nöron) ve kendilerini nasıl güncellediklerine ışık tutan ilk çalışma. Daha spesifik olarak, CA3 girdisinin kaldırılması, uzamsal konumu tahmin etme yeteneğini engelleyecektir. Bu, anıları zaman içinde organize edebilmemiz için sırayla aktive olan nöronların kritik önemini vurguluyor.

Burada nöral "orkestranın" CA3 girdisi şeklinde "iletken" e ihtiyaç duyduğunu ve hipokampustaki tek tek nöronların işleyen bir uzay haritası oluşturmak için yeterli olmadığını görüyoruz. Bu, nöronların kodlanmasını belirleyen stratejilerin karşılıklı bağımlılığını vurgular. Dikkat çekici bir şekilde, CA3'ten CA1'e iletişim için tipik olan sinirsel salınımlarda belirgin bir azalma vardı. Bu tür bozulmaların daha önce Alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıklarla bağlantılı olduğu düşünüldüğünde, beyin ritmi organizasyonuna yönelik gelecekteki çalışmalar bu tür hastalıklarda beynin devrelerinin nasıl organize edildiğine dair anlayışı geliştirebilir.

Yaşlandıkça İlgili Anılar Arasındaki Bağlantıları Kaybetmek - Bu Tersine Çevrilebilir mi?

Başka bir çalışmada, bir grup bilim insanı, beyni minyatür bir pencereden görüntülemek ve beyindeki anıların zamanla nasıl bağlantılı olduğunu araştırmak için minik bir mikroskop (Miniscope olarak adlandırılır) kullandı.Bu tür bağlantılar yaşla birlikte giderek zayıflasa da, bu bilim adamları orta yaşlı fare beyninde ayrı anıların yeniden bağlanmasına izin veren bir yol yaratmayı başardılar. Daha da önemlisi, bunun yaşa bağlı demansı olan hastalar için bir tedaviye dönüşme konusunda büyük bir potansiyeli vardır.

Bu çalışmada kullanılan başa takılan Miniscope, bilim insanlarının, farelerin serbestçe hareket etmesine izin verilirken beyinde ateşlenen nöronları görselleştirmelerine izin verdi. Bu çalışma için üç benzersiz kutu kullanıldı ve çalışmanın ilk kısmı genç fareleri içeriyordu. Burada her fare, her üçüne de oturum başına 10 dakika süreyle yerleştirildi. Birinci ve ikinci kutulara yerleştirme bir hafta ile ayrılırken, ikinci ve üçüncü kutularda yalnızca beş saat ayrılmıştır. Ek olarak, fareye üçüncü kutuda bir şok verildi.

İki gün sonra her fare, üç kutunun tamamına geri kondu. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, fareler üçüncü kutunun özelliklerini fark ettiklerinde korkudan dondular. Bununla birlikte, merak uyandıran şey, daha önce bu kutuya herhangi bir şok uygulanmamış olmasına rağmen, farenin ikinci kutuya yerleştirildiğinde donmasıydı. Bu, şokun anısının üçüncü kutudan beş saat önce gerçekleşen ikinci kutudaki deneyime aktarıldığını gösteriyordu.

Benzer bir deney daha sonra orta yaşlı farelerde beş saat arayla iki kutu kullanılarak gerçekleştirildi ve böylece ikinci kutuda bir şok verildi. Bu yaşlı farelerin, ilk kutuda değil, yalnızca şok edildikleri ikinci kutuda donduğu bulundu. Bu bağlamda, Miniscope iki hafızanın bağlantılı olmadığını ve bunun yerine ayrı ayrı kodlanmış sinir devrelerine sahip olduğunu buldu. Daha da çarpıcı bir şekilde, bu, yaşlanmanın nöronların heyecanlanma ve bir anıyı kodlama yeteneklerini zayıflattığını gösterdi.

Belki de bu çalışmadaki en heyecan verici bulgu, bu kayıp bağlantıların gerçekten kurtarılabilmesiydi. Aşağıdaki deney setinde, bilim adamları fareleri ilk kutuya yerleştirmeden önce ilk olarak hipokampusun bir bölgesindeki nöronları uyardılar. Daha sonra fareler, iki gün sonra ayak şokunun uygulandığı birinci ve ikinci kutuya yerleştirildi. İlk kutuya yeniden girdikten sonra, fareler ikinci kutudaki şoku birinciye bağlarken dondu, bu da artan nöronal uyarılabilirliğin hafıza bağlantısındaki yaşa bağlı bozulmayı kurtardığını ima etti.

Geçmiş deneyimlerin yeni anıların nasıl oluştuğunu ve gelecekteki karar verme süreçlerimizi etkilediği düşünüldüğünde, anıların gerçek hayatta tek başına oluşmadığını özellikle belirtmek yerinde olacaktır. Umarım, bu alandaki araştırma, bir gün yaşa bağlı bilişsel gerileme yaşayan kişilere, anıları bağlama ve tutma yeteneklerini geliştirme açısından yardımcı olur.

Referanslar

Cai, D. J., Aharoni, D., Shuman, T., Shobe, J., Biane, J., Song, W.,… Silva, A. J. (2016). Paylaşılan bir sinir topluluğu, yakın zamanda kodlanmış farklı bağlamsal hatıraları birbirine bağlar. Doğa, 534(7605), 115–118. doi: 10.1038 / nature17955

Feng, T., Silva, D. ve Foster, D.J. (2015). Hipokampal Teta dizilerinin deneyime bağlı gelişimi ile tek deneme fazı Presesyon arasındaki ayrışma. Nörobilim Dergisi, 35(12), 4890–4902. doi: 10.1523 / jneurosci.2614-14.2015

Middleton, S. J. ve McHugh, T. J. (2016). CA3'ün susturulması, CA1 topluluğundaki zamansal kodlamayı bozar. Doğa Sinirbilim. doi: 10.1038 / nn.4311

Moser, E. I., Roudi, Y., Witter, M. P., Kentros, C., Bonhoeffer, T., & Moser, M.-B. (2014). Izgara hücreleri ve kortikal temsil. Nature Reviews Neuroscience, 15(7), 466–481. doi: 10.1038 / nrn3766

Bu konuk makale ilk olarak ödüllü sağlık ve bilim blogunda ve beyin temalı topluluk olan BrainBlogger'da yayınlandı: Beyin Anıları Zaman Boyunca Nasıl Düzenliyor?