Forskare återaktiverar skyddssökande
Forskare återaktiverar minneskretsar hos möss för att utlösa skyddssökande
Med hjälp av ett sofistikerat hjärnavbildingssystem säger neuroforskare vid Joh Hopkins Medicine att de framgångsrikt har återaktiverat en specifik minneskrets hos möss, vilket får dem att söka skydd när inget skydd faktiskt finns.
Forskarna säger att studien publicerad i Nature Neuroscience främjar förståelsen för hur minnen är uppbyggda i däggdjurshjärnan.
Fynden kan endag peka på nya sätt att bromsa eller förhindra minnesförlusten som följer med Alzheimers och andra neurodegenerativa sjukdomar.
Specifikt fann teamet att stimulerande neuroner i två områden av mushjärnan - nucleus accumbens, även känd som hjärnans "nöjescentrum" som ansvarar för att förmedla dopaminberoende beteenden, och den grå dorsal periaqueductal (dPAG), ansvarig för defensivt beteende - återaktiverade ett "spatialt minne" och fick mössen att söka skydd.
"När vi artificiellt återaktiverar dessa minneskretsar i hjärnan, triggar det musen att göra samma sak som den gjorde naturligt, även utan rädsla från stimuli och som får den att söka skydd till att börja med", säger Hyungbae Kwon, PhD., docent i neurovetenskap vid John Hopkins University School of Medicine.
Forskarna säger att de syftade till att kartlägga vilka områden i hjärnan som är ansvariga för att navigera i ens omgivning, en kognitiv funktion på hög nivå bland däggdjur, inklusive människor.
Således kan dessa experiment, som testade om sådana kognitiva hjärnfunktioner kan spelas upp slumpmässigt, ha tillämpningar för att förstå hur andra däggdjur beter sig, uppfattar och känner av sin miljö.
I de nya experimenten lät forskarna först laboratoriemöss utforska sin omgivning i en låda med ett skydd i hörnet. Teamet placerade en serie visuella ledtrådar, inklusive trianglar, cirklar och ränder i olika färger, för att hjälpa mössen att hitta skyddet baserat på närliggande landmärken. Mössen acklimatiserade sig till området i sju minuter och gick in och ut ur skyddet. Sedan lade forskarna till en visuell eller auditiv hotande signal för att sporra dem att söka skydd - vilket också bildade ett rumsligt minne i förhållande till deras plats och de visuella ledtrådarna.
För att selektivt tagga skyddsminnesneuroner använde forskarna ett ljusaktiverat genuttrycksväxlingssystem kallat Cal-light, som Kwon utvecklade 2017.
När forskarna väl identifierade dessa neuroner i nucleus accumbens slog de på uttrycket av generna som är associerade med dem, vilket återaktiverade det skyddssökande minnet hos möss samtidigt som de aktiverade neuroner i dPAG.
I sin tur sökte mössen upp det område av boxen där skyddsrummet en gång hade legat, när varken det ursprungliga hotet eller skyddet fanns.
För att komma till denna punkt aktiverade forskarna först selektivt neuroner i nucleus accumbens och sedan, separat i dPAG, för att se om att slå på neuroner i bara ett område av hjärnan skulle orsaka detta beteende.
"Och överraskande fann vi att mössen inte sökte skydd när vi aktiverade nervceller enbart i nucleus accumbens", säger Kwon.
"Medan att slå på neuroner i dPAG fick mössen att reagera slumpmässigt, men det ledde dem inte specifikt till området där de sökte skydd tidigare."
"Cat-light-systemet gjorde det möjligt för oss att selektivt tagga en specifik funktion i hjärnan, vilket hjälpte oss att kartlägga minnet på cellulär nivå", säger Kwon.
Så småningom säger Kwon att denna forskning kan ge en grund för att återaktivera eller konstruera minneskretsar hos personer med Alzheimers.
"Om vi förstår minnets struktur på makronivå, kan vi kanske utveckla mer effektvia strategier för att förhindra eller bromsa neurodegenerativa sjukdomar med den här metoden", säger han.
Forskarna säger att de hoppas kunna förstå hjärnans minnesstruktur genom att selektivt tagga och återaktivera neuroner med olika funktioner i olika delar av hjärnan som leder till andra specifika beteenden.
"Att förstå hur alla dessa minneskretsar fungerar tillsammans kommer att hjälpa oss att förstå hjärnans funktion bättre", säger han.
Sammanfattning
Dopaminmedierad bildning av en minnesmodul i nucleus accumbens för målinriktad navigering.
Rumsminnen leder navigeringen effektivt mot önskade destinationer. De neuronala och kretsmekanismerna som ligger till grund för kodningen av målplatser och dess översättning till målriktad navigering förblir dock oklara.
Här visar vi att möss snabbt bildar ett rumsligt minne av ett skydd under skyddsupplevelser, och styr flyktbeteendet mot målplatsen - ett skydd - när de är hotade.
Dopaminerga neuroner i det ventrala tegmentala området och dera projektion till nucleus accumbens (NAc) kodar för säkerhetssignaler associerade med skyddet.
Optogenetiskt inducerade fasiska dopaminsignaler är tillräckliga för att skapa ett platsminne som styr flyktnavigering.
Konvergerade dopaminerga och hippocampala glutamaterga ingångar till NAc förmedlar bildandet av ett målrelaterat minne inom en subpopulation av NAc-neuroner under skyddsupplevelser.
Artificiell samaktivering av denna målrelaterade NAc-ensemble med neuroner i den grå dorsala periaqueductal var tillräckligt för att utlösa minnesstyrt snarare än slumpmässigt flyktbeteende.
Dessa fynd ger kausala bevis på kognitiva kretsmoduler som länkar minne med målinriktad handling.
Kommentarer
Skicka en kommentar