Naukowcy z Johns Hopkins reaktywowali obwód pamięci u myszy, powodując, że szukały schronienia nawet wtedy, gdy nie było żadnego zagrożenia ani schronienia. Odkrycia mogą zaowocować nowatorskimi podejściami do badania i leczenia utraty pamięci u ludzi, w tym Alzheimera choroba.
Korzystając z zaawansowanego systemu obrazowania mózgu, neurobiolodzy z Johns Hopkins Medicine twierdzą, że udało im się reaktywować specyficzny obwód pamięci u myszy, powodując, że szukają schronienia, gdy w rzeczywistości go nie ma.
Naukowcy twierdzą, że badanie opublikowane 27 września br Neuronauka przyrodniczapozwala lepiej zrozumieć strukturę wspomnień w mózgu ssaków. Odkrycia mogą pewnego dnia wskazać nowe sposoby spowalniania lub zapobiegania utracie pamięci towarzyszącej chorobie Alzheimera i innym chorobom neurodegeneracyjnym.
W szczególności zespół odkrył, że stymulacja neuronów w dwóch obszarach mózgu myszy — w jądrze półleżącym, znanym również jako „ośrodek przyjemności” mózgu odpowiedzialnym za przekazywanie zachowań zależnych od dopaminy, oraz w grzbietowej szarości okołoprzewodowej (dPAG), odpowiedzialnej za zachowania obronne — reaktywował „pamięć przestrzenną” i spowodował, że myszy szukały schronienia.
„Kiedy sztucznie reaktywujemy te obwody pamięci w mózgu, powoduje to, że mysz robi to samo, co robiła naturalnie, nawet bez bodźców strachu, które na początku powodują, że szukają schronienia” – mówi starszy autor Hyungbae Kwon, dr. ., profesor nadzwyczajny neurologii w Szkole Medycznej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa.
Mapowanie funkcji mózgu związanych z pamięcią przestrzenną
Naukowcy twierdzą, że ich celem było ustalenie, które obszary mózgu są odpowiedzialne za poruszanie się po otoczeniu, co jest funkcją poznawczą wysokiego poziomu u ssaków, w tym ludzi. Zatem te eksperymenty, podczas których sprawdzano, czy takie poznawcze funkcje mózgu można odtwarzać w sposób losowy, mogą mieć zastosowanie w zrozumieniu, jak inne ssaki zachowują się, postrzegają i wyczuwają swoje otoczenie.
W nowych eksperymentach naukowcy najpierw pozwolili myszom laboratoryjnym badać otoczenie w pudełku z osłoną w rogu. Zespół umieścił szereg wskazówek wizualnych, w tym trójkąty, koła i paski w różnych kolorach, aby pomóc myszom zlokalizować schronienie na podstawie pobliskich punktów orientacyjnych. Myszy aklimatyzowały się w tym obszarze przez siedem minut, wchodząc i wychodząc ze schronu.
Następnie badacze dodali zbliżający się sygnał wizualny lub dźwiękowy, aby zachęcić je do szukania schronienia, tworząc także pamięć przestrzenną związaną z ich lokalizacją i wskazówkami wizualnymi.
Aby selektywnie oznaczyć neurony pamięci schronienia, naukowcy wykorzystali aktywowany światłem system przełączania ekspresji genów o nazwie Cal-light, który Kwon opracowany w 2017 roku. Kiedy naukowcy zidentyfikowali te neurony w jądrze półleżącym, włączyli ekspresję powiązanych z nimi genów, reaktywując pamięć poszukującą schronienia u myszy, jednocześnie aktywując neurony w dPAG.
Z kolei myszy szukały miejsca w boksie, w którym kiedyś znajdowało się schronienie, gdy nie było tam ani pierwotnego zagrożenia, ani schronienia.
Aby dojść do tego punktu, badacze najpierw selektywnie aktywowali neurony w jądrze półleżącym, a następnie oddzielnie w dPAG, aby sprawdzić, czy włączenie neuronów tylko w jednym obszarze mózgu spowoduje takie zachowanie.
Wgląd w pamięć i przyszłe zastosowania
„Co zaskakujące, odkryliśmy, że myszy nie szukały schronienia, gdy aktywowaliśmy wyłącznie neurony w jądrze półleżącym” – mówi Kwon. „Podczas gdy włączenie neuronów w dPAG powodowało losową reakcję myszy, ale nie kierowało ich konkretnie do obszaru, w którym wcześniej szukały schronienia”.
„System Cal-light umożliwił nam selektywne oznaczenie określonej funkcji mózgu, co pomogło nam zmapować pamięć na poziomie komórkowym” – mówi Kwon.
Kwon twierdzi, że ostatecznie badania te mogą stanowić podstawę do reaktywacji lub inżynierii obwodów pamięci u osób chorych na Alzheimera.
„Jeśli zrozumiemy strukturę pamięci na poziomie makro, być może będziemy w stanie opracować skuteczniejsze strategie zapobiegania chorobom neurodegeneracyjnym lub ich spowalniania za pomocą tej metody” – mówi.
Naukowcy twierdzą, że mają nadzieję zrozumieć strukturę pamięci obejmującą cały mózg poprzez selektywne oznaczanie i reaktywację neuronów o różnych funkcjach w różnych obszarach mózgu, które prowadzą do innych określonych zachowań.
„Zrozumienie, jak wszystkie te obwody pamięci współpracują, pomoże nam lepiej zrozumieć funkcjonowanie mózgu” – mówi.
Odniesienie: „Za pośrednictwem dopaminy tworzenie modułu pamięci w jądrze półleżącym w celu nawigacji ukierunkowanej na cel” autorstwa Kanghoon Jung, Sarah Krüssel, Sooyeon Yoo, Myungmo An, Benjamin Burke, Nicholas Schappaugh, Youngjin Choi, Zirong Gu, Seth Blackshaw, Rui M. Costa i Hyung-Bae Kwon, 27 września 2024 r., Neuronauka przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41593-024-01770-9
Inni badacze zaangażowani w badanie to Kanghoon Jung, Sarah Krüssel, Sooyeon Yoo, Benjamin Burke, Nicholas Schappaugh, Youngjin Choi i Seth Blackshaw z Johns Hopkins; Myungmo An z Instytutu Neuronauki Maxa Plancka na Florydzie; oraz Zirong Gu i Rui M. Costa z Zuckerman Mind Brain Behaviour Institute przy ul Uniwersytet Kolumbii i Instytut Allena.
Fundusze na tę pracę zapewniły Instytut Neuronauki im. Maxa Plancka na Florydzie, Krajowy Sojusz na rzecz Badań nad Schizofrenią i Depresją Grant dla młodych badaczy oraz Narodowe Instytuty Zdrowia Dotacje R01MH107460, 5U19NS104649, K99 NS119788, DK108230 i DP1MH119428.
