Przecław News

Informacje o Polsce. Wybierz tematy, o których chcesz dowiedzieć się więcej w Wiadomościach Przecławia.

Badania na myszach ujawniają mechanizmy molekularne leżące u podstaw mapowania przestrzennego w mózgu

Badania na myszach ujawniają mechanizmy molekularne leżące u podstaw mapowania przestrzennego w mózgu

Za każdym razem, gdy wybieramy się w nowe miejsce, wbudowany GPS naszego mózgu natychmiast włącza się i zaczyna tworzyć przestrzenną mapę naszego otoczenia. W ciągu dni lub nawet tygodni ta mapa może utrwalić się jako wspomnienie, które możemy zapamiętać, aby ułatwić nam nawigację po powrocie do tej konkretnej lokalizacji.

Sposób, w jaki mózg tworzy te mapy przestrzenne, jest zdumiewająco złożony — proces, który obejmuje złożoną interakcję molekularną między genami, białkami i obwodami neuronalnymi w celu kształtowania zachowania. Być może nie jest zaskakujące, że subtelne etapy tej interakcji wieloosobowej umknęły neurobiologom.

Teraz naukowcy, dzięki interdyscyplinarnej współpracy w Instytucie Blavatnik przy Harvard Medical School, poczynili znaczne postępy w zrozumieniu mechanizmów molekularnych związanych z tworzeniem map przestrzennych w mózgu.

Nowe badanie przeprowadzone na myszach i Opublikowano 24 sierpnia w Natureudowadnia, że ​​gen zwany Fos jest głównym graczem w mapowaniu przestrzennym, pomagając mózgowi wykorzystywać wyspecjalizowane komórki nawigacyjne do tworzenia i utrzymywania stabilnych reprezentacji środowiska.

„Badania te korelują z różnymi poziomami zrozumienia, aby znaleźć bardzo bezpośredni związek między cząsteczkami a funkcją obwodów w zachowaniu i pamięci” – powiedział jeden ze starszych autorów. Christopher Harvey, profesor nadzwyczajny neuronauki w HMS. „Tutaj możemy zrozumieć, jaka jest rzeczywista podstawa tworzenia i stabilności map przestrzennych”.

Po przełożeniu na ludzi wyniki dostarczyłyby ważnych nowych informacji o tym, jak nasze mózgi tworzą mapy przestrzenne. Ostatecznie wiedza ta może pomóc naukowcom lepiej zrozumieć, co się dzieje, gdy ten proces załamuje się, co często ma miejsce w wyniku uszkodzenia mózgu lub neurodegeneracji.

mapy pamięci

Hipokamp znajduje się głęboko w płacie skroniowym mózgu i odgrywa zasadniczą rolę w uczeniu się, zapamiętywaniu i poruszaniu się wielu gatunków, w tym myszy i ludzi. Naukowcy od dawna wiedzą, że do nawigacji hipokamp zawiera wyspecjalizowane neurony zwane komórkami miejsca, które stają się selektywnie aktywne, gdy zwierzę znajduje się w różnych miejscach w przestrzeni. Włączając i wyłączając, gdy zwierzę porusza się w swoim otoczeniu, umieszczaj komórki zasadniczo tworząc mapę otaczającego obszaru, którą można włączyć do pamięci.

READ  Grypa rozprzestrzenia się w Kimberley po kolejnych latach niskiej liczby przypadków podczas COVID-19

„Moje laboratorium od lat badało nawigację przestrzenną, w tym sposób, w jaki komórki mapują środowisko i tworzą wspomnienia przestrzenne”, powiedział Harvey, „trudno było jednak zbadać mechanizmy molekularne leżące u podstaw tych procesów u zachowującego się zwierzęcia”.

Aby zbadać sekwencje molekularne zaangażowane w ten proces mapowania, Harvey i pierwszy autor Noe Petitpracownik naukowy w dziedzinie neuronauki w Harvey Lab, współpracował ze współautorem Michael GreenbergD., Nathan Marsh Posey, profesor neuronauki w HMS i autorka Lynn Yap, doktorantka na Harvardzie w dziedzinie neuronauki, która wykonała pracę doktorską w laboratorium Greenberga.

Badania laboratoryjne Greenberga Jane Fos, który koduje białko czynnika transkrypcyjnego regulujące ekspresję innych genów. W poprzednich badaniach Greenberg i współpracownicy wykazali, że vos podawać minut po aktywacji neuronów, co czyni go użytecznym markerem aktywności neuronalnej w mózgu. Jak to pokazali vos działając jako mediator Do różnych typów plastyczności neuronalnej, w tym nawigacji i tworzenia pamięci. Jednak związek między Fos a komórkami umiejscowionymi w hipokampie był nieznany.

Badacze zastanawiali się, czy Voss może być zaangażowany w to, jak myszy tworzą mapy przestrzenne podczas nawigacji w swoim środowisku.

Aby się tego dowiedzieć, zespół wykorzystał technikę opracowaną w laboratorium Harveya, która umieszcza myszy w pliku labirynt rzeczywistości wirtualnej: Mysz biegnie po piłce, patrząc na duży ekran peryferyjny, który wyświetla zadanie nawigacji przestrzennej, takie jak rozwiązywanie labiryntu w celu znalezienia nagrody. Gdy mysz biegnie po piłce i wykonuje zadanie, naukowcy rejestrują aktywność neuronalną i zmiany w ekspresji Fos w hipokampie.

W ramach tego, co Greenberg nazwał „artystyczną wycieczką po Mocy”, Pettit poprowadził serię złożonych eksperymentów, aby odkryć związek między Fos a komórkami umiejscowienia. Zespół odkrył, że w ciągu kilku godzin po wykonaniu przez mysz zadania przeskakiwania, neurony o wysokiej ekspresji Fos częściej tworzyły niewielkie pola miejsca — skupiska komórek miejsca, które wskazują położenie przestrzenne — niż te z niską ekspresją Fos. Co więcej, neurony z wyższą ekspresją Fos mają bardziej wiarygodne pola rozmieszczania w czasie we wskazywaniu przestrzennej lokalizacji, w której mysz powtarzała zadanie w kolejnych dniach.

READ  NASA na spacer kosmiczny, aby wymienić antenę komunikacyjną na stacji kosmicznej

„To mówi nam, że z chwili na chwilę, gdy mysz się porusza, neurony stymulujące Fos mają bardzo mocne informacje o położeniu myszy w przestrzeni, która jest kluczową zmienną wymaganą do rozwiązania zadania i zapamiętania” – wyjaśnił Pettit. .

Kiedy naukowcy trafili Fos w podzbiór neuronów w hipokampie, zauważyli, że te komórki mają mniej dokładne mapy przestrzenne środowiska niż pobliskie neurony z normalną ekspresją Fos. Ponadto mapy w komórkach z niedoborem Fos były mniej stabilne w ciągu dni, a zatem były mniej wiarygodne jako wspomnienia środowiskowe.

„Fos wydaje się być ważny dla utrzymania stabilności i dokładności komórek miejsca oraz do reprezentowania mapy przestrzennej w mózgu w czasie” – powiedział Greenberg.

„Przeprowadzono wiele badań nad Fos i przeprowadzono wiele badań dotyczących komórek miejsc, ale jest to jeden z pierwszych artykułów, który łączy te dwa bezpośrednio”, dodał Harvey, „To otwiera wiele nowych i ekscytujących wskazówki dotyczące badania tych mechanizmów”.

Na przykład Greenberg chciałby zagłębić się w konkretne cząsteczki i komórki zaangażowane, ponieważ Fos pomaga mózgowi tworzyć i utrzymywać stabilne mapy przestrzenne w czasie. Chce również zrozumieć różne role, jakie Fos może odgrywać, gdy wspomnienia mapy przestrzennej są przekazywane z hipokampa do innych obszarów mózgu. W tym samym duchu Harveya interesuje, czy Fos jest częścią procesu wzmacniania wspomnień map przestrzennych podczas snu.

Chociaż badanie przeprowadzono na myszach, naukowcy zauważają, że duża część systemu jest zachowana u różnych gatunków, w tym u ludzi. Jeśli odkrycia potwierdzą się u ludzi, mogą pomóc naukowcom zrozumieć, w jaki sposób nasze mózgi tworzą mapy przestrzenne i co się dzieje, gdy tracimy tę zdolność z powodu urazu lub choroby.

Naukowcy podkreślili, że poza nauką, badania stanowią niezwykłe partnerstwo między laboratorium, które bada mechanizmy komórkowe i molekularne, a innym laboratorium zajmującym się zachowaniem zwierząt i obwodami neuronalnymi.

READ  Premier Chris Hepkins dostaje szczepionki przeciw grypie i Covidowi w ramach zimowej kampanii szczepień

„Nasze laboratoria są tak samo od siebie oddalone w tym, co robimy, jak każde inne laboratorium w dziale, ale zebraliśmy się, aby zbadać, w jaki sposób cząsteczki oddziałują z obwodami neuronowymi, które kontrolują uczenie się, pamięć i zachowanie” – powiedział Greenberg.

Harvey zgodził się: „To była naturalna i ekscytująca współpraca, aby dowiedzieć się, że Fos odgrywa rolę we wspomnieniach przestrzennych i nawigacji przestrzennej”. „Trudno być ekspertem na tych wszystkich poziomach neurobiologii, ale pracując razem, dwaj testerzy byli w stanie wypełnić lukę”.

Finansowanie zostało zapewnione przez National Institutes of Health (grant DP1 MH125776, R01 NS089521, R01 NS028829), Stuart HQ & Victoria Quan Fellowship, HMS Neurobiology Graduate Fellowship oraz Harvard Aramont Fellowship Fund for Emerging Science Research. Laboratorium Greenberga jest wspierane przez Allen Discovery Center, program doradczy Grupy Paula G. Allena Frontiers z Fundacji Rodziny Paula G. Allena.

/Ogólne wydanie. Ten materiał z oryginalnej organizacji (organizacji) może mieć charakter określony w czasie, zredagowany dla jasności, stylu i długości. Wyrażone opinie i opinie są opiniami autora(ów). Zobacz w całości tutaj.