Ученые Массачуссетского технологического института идентифицируют мозговые схемы формирования памяти

Схематическая модель, показывающая, как память консолидируется в префронтальной коре, и как схема через амигдала сдвигается, когда клетки анграмм гиппокампа замолкают, и начинают действовать кортикальные энграммы.

Источник: Предоставлено RIKEN

Новое исследование на мышах Массачусетского технологического института (MIT) определило новую схему и временную шкалу, иллюстрирующую, как воспоминания консолидируются в префронтальной коре (PFC) после передачи из одной части мозга в другую для длительного хранения ,

Этот отчет «Engrams and Circuits Crucial for Systems Consolidation of Memory» был опубликован онлайн перед печатью 6 апреля в журнале Science . Сусуму Тонегава, директор Института мозга мозга RIKEN-MIT и Центра генетики нервных путей (CNCG), был старшим автором этого исследования. По мнению исследователей Массачусетского технологического института, эти результаты вызывают исторические модели формирования долговременной памяти и могут привести к пересмотру некоторых моделей доминантной консолидации памяти.

Другие участники этого новаторского исследования включают ведущего автора Такаши Китамуры, постдоков Sachie Ogawa, Teruhiro Okuyama и Марка Моррисси; наряду с аспирантом Dheeraj Roy, техническим сотрудником Лилиан Смит и бывшим постдоком Роджером Редондо.

Новое исследование MIT от Kitamura et al. впервые показывает, что воспоминания изначально формируются одновременно в гиппокампе и специализированных нейронах в префронтальной коре, называемой «клетками энграма», которые с течением времени объединяют долгосрочные воспоминания. В заявлении для MIT News Тонегава сказал: «Эти и другие выводы в этом документе обеспечивают комплексный механизм для консолидации памяти».

• Можете ли вы вырасти из потери любви?
• Лечение депрессии путем обучения вашей Амигдалы
• Почему Budweiser меняет свое фирменное наименование на «Америку»?
• Моя детская травма: что я узнал, что вам нужно знать
• Наследование

Чтобы определить, какие конкретные области коры головного мозга важны для формирования долговременной памяти, исследователи блокировали входные данные в разные области мозга во время кондиционирования и запоминания памяти в течение 3-недельного периода. Удивительно, но исследователи обнаружили, что долговременные воспоминания остаются «безмолвными» в префронтальной коре в течение примерно двух недель до созревания и превращаются в постоянные долговременные воспоминания.

Ведущий автор Такаши Китамура сказал в заявлении: «Мы обнаружили существование клеток коры головного мозга, но выясняется, что они постепенно формируются со временем. Они фактически формируются одновременно с начальной памятью в гиппокампе ». Моррисси добавил:« Они сформированы параллельно, но затем они идут разными путями. Префронтальная кора становится сильнее, а гиппокамп становится слабее ».

Prefrontal Cortex, Hippocampus и Amygdala работают в Концерт для консолидации долговременных воспоминаний в течение 12-дневного таймфрейма

Исследование MIT нейронных цепей, лежащее в основе процесса памяти, впервые выявило, что воспоминания формируются одновременно в гиппокампе и в долгосрочном хранилище в коре головного мозга. На этом изображении показаны ячейки engram ячейки (зеленый и красный), которые имеют решающее значение для постоянного хранения памяти в префронтальной коре.

Источник: Предоставлено Takashi Kitamura, лаборатория Tonegawa

Это исследование иллюстрирует, как функциональная связь с другими областями мозга позволяет кортикальным клеткам энграма созревать и стать постоянными долговременными воспоминаниями в нейронах PFC в течение примерно 12 дней. В частности, исследователи помечены ячейками памяти в трех частях мозга: префронтальной коре , гиппокампе (HPC) и базалатеральной амигдале (BLA). Примечательно, что они обнаружили, что BLA хранит как положительные, так и отрицательные эмоциональные ассоциации в памяти в сочетании с PFC и HPC.

• Нейронаука слушания саундтреков вашей жизни
• Разговор с Дани Шапиро О памяти и браке
• Лучшая часть советов о разрыве, которые мне когда-либо давали
• Как выжить в новом порядке
• Лидеры обманываются иллюзиями?

Полученные данные показывают, что традиционные теории долговременной консолидации памяти могут быть только частично точными. Кажется, что воспоминания формируются быстро и одновременно как в префронтальной коре, так и в гиппокампе в день создания первоначальной памяти. Затем память консолидируется в PFC с течением времени.

Исторически сложилось так, что большинство экспертов считают гиппокамп «центром памяти», а префронтальная кора считается местом «исполнительных функций», таких как планирование, эмоциональное регулирование, импульсный контроль, когнитивная гибкость и т. Д. Эти новые результаты бросают вызов традиционным взгляды на роль, которую гиппокамп и кору головного мозга играют в консолидации памяти.

Китамура и его коллеги также обнаружили, что клетки энграммы, связанные как с положительными, так и с отрицательными эмоциональными событиями, были закодированы в миндалине, которая связана с гиппокампом и префронтальной корой в составе нейронной сети. Последние результаты MIT могут развенчать еще один популярный миф о том, что амигдала является «центром страха» мозга.

Интересно, что, как только память была сформирована в клетках энграммы базалатеральной миндалины, она оставалась неизменной на протяжении всего эксперимента. Ячейки памяти Engram в миндалине кажутся необходимыми для передачи спектра эмоций, связанных с определенной памятью. Амигдала действует как тип эмоциональной ретрансляционной станции между гиппокампом и префронтальной корой.

Технологические достижения в лаборатории MIT Tonegawa's Advance Наше понимание ячеек Engram и мозговой схемы, необходимых для формирования памяти

В 2012 году лаборатория Tonegawa разработала технологический прорыв, который позволил им маркировать определенные клетки инграммы в разных частях мозга, которые содержали определенные воспоминания. Это позволило исследователям проследить схемы мозга, связанные с формированием, хранением и извлечением памяти. Используя современную оптогенетику, команда Tonegawa тогда могла включать и выключать целевые клетки, используя вспышки света. Превращение этих клеток в «искусственно восстановленные воспоминания, хранящиеся в определенных клетках энграммы.

Для их последнего исследования исследователи Массачусетского технологического института отметили ячейки памяти у мышей во время события, обусловившего страх, который был мягким электрическим ударным ударом, когда мышь находилась в определенной камере. Оптогенетика позволила им наблюдать последующее обусловленное опасениями поведение замерзания на месте, когда активировались конкретные клетки эграмм. Эти результаты также подтверждались тем, что мышам вернулись в первоначальную камеру, где сначала были доставлены удары ноги, чтобы наблюдать естественное напоминание о памяти, основанной на страхе.

Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы определить, полностью ли исчезают воспоминания из клеток гиппокампа или если в клетках инграмм гиппокампа остаются некоторые следы. В настоящее время исследователи из лаборатории Тонгавы могут контролировать только клетки энграммы в течение нескольких недель. Но они работают над достижениями в своей технологии, которые позволят им контролировать эти ячейки на более длительные периоды.

У Kitamura есть подозрение, что некоторые следы памяти остаются в гиппокампе на неопределенное время и что детали извлекаются и обновляются иногда, если память запускается. «Чтобы распознать два подобных эпизода, эта тихая энграмма может активироваться, и люди могут получить подробную эпизодическую память даже в очень отдаленные моменты времени», – сказал Китамура.

Двигаясь вперед, исследователи Массачусетского технологического института также планируют исследовать, как развивается процесс созревания инграммы памяти в префронтальной коре. Следите за последующими исследованиями из лаборатории Tonegawa и другими, которые помогут нам лучше понять, как клетки энгама и сложные нейронные схемы работают вместе, чтобы консолидировать воспоминания.