211service.com
Herinneringen maken
Een nieuwe stam van genetisch gemanipuleerde muizen heeft onderzoekers in staat gesteld om voor het eerst de precieze cellulaire verbindingen te lokaliseren die zich vormen als een geheugen wordt gecreëerd. Door een eiwit te traceren dat getagd is om fluorescerend groen te gloeien terwijl het door individuele neuronen migreert, van het cellichaam naar buiten door de vertakte dendrieten, konden de onderzoekers precies zien welke synapsen - verbindingen met andere neuronen - betrokken waren toen de muizen leerden bang te zijn voor een elektrische schok .
Volg de gloed: door muizen te manipuleren om een fluorescerend gelabeld glutamaatreceptor-eiwit (getoond in groen) in actieve neuronen te produceren, konden onderzoekers het pad van het eiwit volgen terwijl de muizen leerden bang te zijn voor een elektrische schok. Neuronale cellichamen verschijnen in blauw.
Het is een eerste stap in het visualiseren van de synapsen die herinneringen coderen, zegt Stephen Maren , directeur van het afstudeerprogramma neurowetenschappen aan de Universiteit van Michigan , die niet bij het onderzoek betrokken was. We hebben echt geen tool als deze gehad om geheugencodering op synaptisch niveau te zien. Het is een spannend papier.
We ontwikkelen technieken die ons in staat stellen om ons te concentreren op de daadwerkelijke fysieke plaatsen die in de hersenen veranderen door te leren, met een steeds fijnere resolutie, zegt de hoofdonderzoeker van het onderzoek, Mark Mayford , universitair hoofddocent celbiologie aan de Scripps-onderzoeksinstituut .
Neurowetenschappers zijn van mening dat om een geheugen te vormen, individuele synaptische verbindingen moeten worden versterkt als reactie op een geheugengenererende stimulus. Deze versterking is waarschijnlijk het resultaat van een specifieke set eiwitten die migreren naar synapsen in een nauwkeurig gechoreografeerd patroon, maar het blijft een mysterie welke eiwitten erbij betrokken zijn en hoe ze op hun bestemming worden gericht. De nieuwe studie, die verschijnt in het nummer van vandaag Wetenschap , is de eerste die een bepaald eiwit traceert terwijl het zijn weg vindt naar bepaalde synapsen.
Multimedia
Bekijk foto's van het gloeiende eiwit terwijl het door neuronen reist.
Het bestudeerde eiwit is een receptor voor glutamaat, een neurotransmitter die eerder betrokken was bij geheugenvorming. De onderzoekers ontwikkelden een muizenstam zodat de glutamaatreceptor groen zou gloeien onder extreem specifieke, manipuleerbare omstandigheden.
De genetisch gemodificeerde muizen werden vervolgens getraind om een elektrische schok aan hun voeten te verwachten wanneer ze in een bepaalde doos werden geplaatst. De resulterende angst is een zeer langdurige, zeer robuuste herinnering, zegt Mayford. Vermoedelijk, zegt hij, waren de neuronen die werden geactiveerd toen de muizen leerden bang te zijn voor de doos, degenen die verantwoordelijk waren voor het vormen van de aversieve herinnering.
De fluorescerend gelabelde glutamaatreceptor werd gemodificeerd zodat neuronen het alleen zouden produceren als ze actief werden. Hierdoor kon de groep identificeren welke neuronen hebben bijgedragen aan de geheugenvorming door de groene gloed te volgen.
Bovendien konden de onderzoekers het hele gelabelde eiwitsysteem volledig uitschakelen door het medicijn doxycycline toe te dienen. De muizen kregen hun hele leven doxycycline toegediend - tot aan de leertaak en opnieuw toen de taak voorbij was. Op deze manier werd het gelabelde eiwit alleen geproduceerd tijdens de vorming van dit specifieke geheugen.
Je legt alleen de gebeurtenissen rond de leeraflevering vast, zegt Craig Powell , assistent-professor neurologie en psychiatrie bij Universiteit van Texas Southwestern Medical Center , die niet bij het onderzoek betrokken was.
De groep van Mayford volgde de gloeiende glutamaatreceptor terwijl deze door neuronen migreerde in een gebied dat de hippocampus wordt genoemd, door hersenplakjes op verschillende tijdstippen na de leertaak te onderzoeken. Ze ontdekten dat nadat het eiwit in de kern was vervaardigd, het naar buiten reisde door de vele vertakkende dendrieten van de cel en zich uiteindelijk vestigde in verafgelegen synapsen.
Verrassend genoeg nestelde het eiwit zich bij voorkeur in één soort synaps. Synapsen zijn er in een paar smaken, afhankelijk van of ze worden gevormd door zogenaamde dunne, stompe of paddenstoelstekels die uit de cel steken. De gelabelde glutamaatreceptor migreerde voornamelijk naar de synapsen van het paddenstoeltype.
Ik denk dat het belangrijkste van deze studie is dat het suggereert dat een specifiek type wervelkolom belangrijker kan zijn voor leer- en geheugenprocessen dan andere soorten wervelkolommen, zegt Powell.
De voorkeur van de receptor voor synapsen van het paddenstoeltype suggereert dat er, in ieder geval in het proces van het vormen van een angstgerelateerd geheugen, een gespecialiseerd mensenhandelsysteem is om synaptische eiwitten naar hun doelen te leiden. Maar wat voor soort moleculaire vlag wordt gezwaaid om te zeggen: 'Kom hier en maak je huis bij mijn type synaps', is niet echt duidelijk, zegt Maren.
Een ander mysterie is waarom de gelabelde receptor na 72 uur uit de synapsen verdwijnt, terwijl het geheugen veel langer aanhoudt. Andere eiwitten en andere hersengebieden zijn vrijwel zeker betrokken bij het vormen en onderhouden van het geheugen. Vooral de amygdala speelt waarschijnlijk een sleutelrol. Hoewel de hippocampus van cruciaal belang is voor het coderen van informatie over de plaats - in dit geval de doos waarin de schokken werden toegediend - lijkt de amygdala die informatie te koppelen aan de angstreactie die door de schokken wordt geproduceerd.
De hippocampus is waarschijnlijk niet de laatste opslagplaats, zegt Maren. Als je echt wilt zien waar het langetermijngeheugen is gecodeerd voor dit soort leren, wil je waarschijnlijk naar de amygdala kijken.
In eerdere onderzoeken van de amygdala met vergelijkbare gemanipuleerde muizen, toonde de groep van Mayford aan dat dezelfde neuronen worden geactiveerd, zowel wanneer een herinnering wordt gevormd als wanneer deze later wordt opgehaald. In toekomstige studies kunnen de onderzoekers de nieuwe, fijnere benadering toepassen om geheugenvorming in de amygdala te onderzoeken.
Mayford hoopt de nieuwe techniek ook te gebruiken om de precieze structuur van een geheugen dat wordt gecodeerd door de hippocampus, in het bijzonder een herinnering aan de doos, op te helderen. Hij is van plan om te bepalen of hij een muis die nog nooit in de doos is geschrokken, kan leren er toch bang voor te zijn. Om dit te doen, zou hij de hippocampale neuronen activeren die coderen voor het geheugen van de doos, en dan de muis een schok geven.
Als het experiment succesvol is, kan het helpen verklaren hoe de doos wordt weergegeven in de hersenen van de muis. Een van de grote vragen in de neurowetenschappen, zegt Mayford, is: wat is er nodig om een representatie te maken van de externe omgeving?