Нейробиологи из Массачусетского технологического института обнаружили, как две нейронные цепи в мозге работают вместе, чтобы контролировать формирование таких связанных со временем воспоминаний. Это критически важная способность, которая помогает мозгу определять, когда ему необходимо принять меры для защиты от потенциальной угрозы, – говорит Сусуму Тонегава, профессор биологии и нейробиологии Пикауэра и старший автор статьи, описывающей результаты, сделанные в январе. 23 номер журнала Science.
«Для нас важно иметь возможность связывать происходящие события с некоторым временным промежутком», – говорит Тонегава, член Института обучения и памяти Пикауэра Массачусетского технологического института. «Животным очень полезно знать, с какими событиями они должны ассоциировать, а с чем – нет."
Взаимодействие этих двух цепей позволяет мозгу поддерживать баланс между слишком легким параличом из-за страха и излишней беспечностью, что может привести к тому, что хищник или другая угроза застигнут его врасплох.
Ведущими авторами статьи являются постдоки Института Пикауэра Такаши Китамура и Мишель Пигнателли.
Связывая воспоминания
Воспоминания о событиях, известные как эпизодические воспоминания, всегда содержат три элемента: что, где и когда. Эти воспоминания создаются в структуре мозга, называемой гиппокампом, которая должна координировать каждый из этих трех элементов.
Чтобы сформировать эпизодические воспоминания, гиппокамп также взаимодействует с областью коры головного мозга за пределами гиппокампа, известной как энторинальная кора. Энторинальная кора, состоящая из нескольких слоев, получает сенсорную информацию, такую как образы и звуки, от сенсорных областей мозга и отправляет информацию в гиппокамп.
Предыдущие исследования многое показали о том, как мозг связывает пространственные и объектные компоненты памяти.
Определенные нейроны в гиппокампе, известные как клетки места, специализируются на стрельбе, когда животное находится в определенном месте, а также когда животное запоминает это место. Однако, когда дело доходит до связывания объектов и времени, «наше понимание отстает», – говорит Тонегава. "Что-то известно, но относительно мало по сравнению с механизмом" объект-место "."
Новая научная статья основана на исследовании 2011 года, проведенном лабораторией Тонегавы, в котором он определил мозговую цепь, необходимую мышам для связи воспоминаний о двух событиях – звуковом сигнале и легком электрошоке, которые происходят с интервалом до 20 секунд. Эта цепь соединяет 3 слой энторинальной коры с областью СА1 гиппокампа.
Когда эта цепь, известная как моносинаптическая цепь, была нарушена, животные не научились бояться звука.
В новой статье исследователи сообщают об открытии ранее неизвестной схемы, которая подавляет моносинаптическую схему.
Этот сигнал исходит от возбуждающих нейронов, обнаруженных в лаборатории Тонегавы и получивших название «островные клетки», потому что они образуют круговые кластеры внутри слоя 2. Эти клетки стимулируют тормозящие нейроны в CA1, которые подавляют набор возбуждающих нейронов CA1, которые активируются моносинаптической цепью.
Эта схема создает противовес, который ограничивает окно возможностей для связывания двух событий. «Этот путь может обеспечить механизм для предотвращения постоянного изучения неважных темпоральных ассоциаций», – говорит Майкл Хассельмо, профессор психологии Бостонского университета, не входивший в исследовательскую группу.
Полученные данные являются «важной демонстрацией функциональной роли различных популяций нейронов энторинальной коры, которые обеспечивают вход в гиппокамп», – добавляет Хассельмо.
Расшифровка схем
Исследователи использовали оптогенетику, технологию, которая позволяет включать или выключать светом определенные популяции нейронов, чтобы продемонстрировать взаимодействие этих двух цепей.
У нормальных мышей максимальный временной интервал между событиями, которые могут быть связаны, составляет около 20 секунд, но исследователи могут увеличить этот период, либо увеличивая активность клеток слоя 3, либо подавляя островковые клетки слоя 2. И наоборот, они могут сократить окно возможностей, подавляя клетки слоя 3 или стимулируя вход от островковых клеток слоя 2, что приводит к снижению активности CA1.
Исследователи предполагают, что длительная активность CA1 сохраняет память о тоне живым достаточно долго, чтобы он все еще присутствовал, когда происходит шок, позволяя связать два воспоминания.
Сейчас они исследуют, остаются ли нейроны CA1 активными на протяжении всего промежутка между событиями.
Исследование финансировалось RIKEN Brain Science Institute, Медицинским институтом Говарда Хьюза и Фондом JPB.