Монреаль. Загадка памяти уже очень давно интригует философов и интеллектуалов. Платон и Аристотель считали, что память существует только в сфере души и разума, но в ней нет ничего телесного или физического. Память тесно связана с нашим самоощущением и субъективными переживаниями, но существуют физические процессы, связанные с запоминанием.
Современная аналогия любит сравнивать память компьютера с памятью мозга, где активность клеток мозга, называемых нейронами, сравнивается с двоичными кодами моделей магнитного поля, хранящимися на жестком диске. Однако компьютерные устройства не меняются в результате выполнения своей работы, в отличие от нейронов.
Для хранения и обработки воспоминаний используются наноскопические моторные белки, называемые кинезинами, которые перемещают материалы внутри нейронов, создавая структурный код памяти. Эти наноскопические работники «ходят», чередуя шаги по длинным молекулярным трекам, доставляя материалы.В течение 20 лет нейробиологи, в том числе и я, использовали передовые технологии микроскопии на живых животных, чтобы наблюдать микроскопические структуры, называемые дендритными отростками, которые постоянно отпочковываются, трансформируются и регрессируют на дендритах нейронов.
Дендритные шипы — это место, где нейроны образуют контакты с другими нейронами и создают электрические цепи по всему мозгу. Пластичность дендритных отростков, как называют это изменение формы дендритов, представляет собой нечто большее, чем просто случайное движение нейронных структур в мозге.
Развивающиеся шипы для хранения новых воспоминанийВ нашем недавно опубликованном исследовании было обнаружено, что степень пластичности дендритных позвонков сильно коррелирует с характеристиками памяти животных в нашей лаборатории. Мы научили мышей бояться безобидного звука, убивая их электрическим током каждый раз, когда он воспроизводился; затем мы научили мышей преодолевать тот же страх, многократно повторяя один и тот же тон в безобидной ситуации.
Через два дня степень страха, определяемая продолжительностью времени, в течение которого мыши находились в неподвижности, отражает эффективность памяти. Чем больше дендритных шипиков отпочковалось на нейронах, тем меньше времени они оставались замороженными.
Аналогичным образом ученые обнаружили, что двигательная память (о чем свидетельствует то, как долго мыши могут бегать на вращающемся стержне после тренировки) также коррелирует с количеством отпочковавшихся дендритных шипиков на нейронах.Когда эти вновь сформированные дендритные шипы поцарапаны с помощью сложной технологии, называемой оптогенетикой, мыши теряют моторную память и действуют так, как будто они вообще не тренировались.
Эти данные сильно влияют на то, как мы понимаем, как хранится память. Помимо активности целого нейрона по принципу «все или ничего», структурные следы памяти формируются узорами микроскопических структур, называемых дендритными шипами на нейронах.
Доставка молекулярных грузов к позвоночникамЭто открытие поставило еще одну проблему: как нейроны узнают, где именно на их ветвях «строить» эти коды памяти? Эти местоположения должны быть конкретными, поскольку они соответствуют точкам контакта с разными нейронами при формировании нейронных цепей, соответствующих разным переживаниям.
Поскольку большая часть клеточных материалов синтезируется в теле клетки, должен существовать транспортер, который доставляет материалы внутрь нейронов для достижения точного построения кодов памяти.
В нашем исследовании мы предположили, что кинезин использовался для доставки молекулярных материалов для «строительства» дендритных шипов. Чтобы доказать это, мы пометили молекулярные грузы, которые, как известно, переносит кинезин, флуоресцентными маркерами, чтобы мы могли следить за движением кинезина под микроскопом. Используя эту передовую технологию микроскопии, мы смогли отслеживать движение кинезина в мозге до и после создания и устранения страха у мышей.Мы также генетически удалили кинезины у другой группы мышей, чтобы понять, действительно ли функция кинезина необходима для формирования дендритного кода памяти позвоночника. Мы обнаружили, что у нормальных мышей с кинезином кинезину потребовалось несколько часов, а не минут, чтобы переместиться в определенное место на дендритах, где могут отрастать дендритные шипы. Если кинезин был удален из мозга, меченые молекулярные грузы демонстрировали снижение подвижности, и в результате количество образующихся дендритных шипов полностью изменялось, а стабильность образовавшихся шипов значительно ухудшалась.
В нашем исследовании без кинезина мыши не могли должным образом учиться или формировать память.
Понимание памятиВпервые был визуализирован процесс формирования структурного кода памяти, и кинезин был идентифицирован как транспорт для построения дендритных шипов после опыта обучения построению структурного кода памяти в живом мозге. Этот код структурной памяти может обеспечить даже более сложное измерение, чем двоичное кодирование информации.
Дальнейшее понимание и потенциальное картирование этих дендритных структурных кодов позвоночника в больших масштабах мозга может открыть новые способы манипулирования функциями памяти в медицинских условиях. (Разговор) АНБ
АНБ
Современная аналогия любит сравнивать память компьютера с памятью мозга, где активность клеток мозга, называемых нейронами, сравнивается с двоичными кодами моделей магнитного поля, хранящимися на жестком диске. Однако компьютерные устройства не меняются в результате выполнения своей работы, в отличие от нейронов.
Для хранения и обработки воспоминаний используются наноскопические моторные белки, называемые кинезинами, которые перемещают материалы внутри нейронов, создавая структурный код памяти. Эти наноскопические работники «ходят», чередуя шаги по длинным молекулярным трекам, доставляя материалы.В течение 20 лет нейробиологи, в том числе и я, использовали передовые технологии микроскопии на живых животных, чтобы наблюдать микроскопические структуры, называемые дендритными отростками, которые постоянно отпочковываются, трансформируются и регрессируют на дендритах нейронов.
Дендритные шипы — это место, где нейроны образуют контакты с другими нейронами и создают электрические цепи по всему мозгу. Пластичность дендритных отростков, как называют это изменение формы дендритов, представляет собой нечто большее, чем просто случайное движение нейронных структур в мозге.
Развивающиеся шипы для хранения новых воспоминанийВ нашем недавно опубликованном исследовании было обнаружено, что степень пластичности дендритных позвонков сильно коррелирует с характеристиками памяти животных в нашей лаборатории. Мы научили мышей бояться безобидного звука, убивая их электрическим током каждый раз, когда он воспроизводился; затем мы научили мышей преодолевать тот же страх, многократно повторяя один и тот же тон в безобидной ситуации.
Через два дня степень страха, определяемая продолжительностью времени, в течение которого мыши находились в неподвижности, отражает эффективность памяти. Чем больше дендритных шипиков отпочковалось на нейронах, тем меньше времени они оставались замороженными.
Аналогичным образом ученые обнаружили, что двигательная память (о чем свидетельствует то, как долго мыши могут бегать на вращающемся стержне после тренировки) также коррелирует с количеством отпочковавшихся дендритных шипиков на нейронах.Когда эти вновь сформированные дендритные шипы поцарапаны с помощью сложной технологии, называемой оптогенетикой, мыши теряют моторную память и действуют так, как будто они вообще не тренировались.
Эти данные сильно влияют на то, как мы понимаем, как хранится память. Помимо активности целого нейрона по принципу «все или ничего», структурные следы памяти формируются узорами микроскопических структур, называемых дендритными шипами на нейронах.
Доставка молекулярных грузов к позвоночникамЭто открытие поставило еще одну проблему: как нейроны узнают, где именно на их ветвях «строить» эти коды памяти? Эти местоположения должны быть конкретными, поскольку они соответствуют точкам контакта с разными нейронами при формировании нейронных цепей, соответствующих разным переживаниям.
Поскольку большая часть клеточных материалов синтезируется в теле клетки, должен существовать транспортер, который доставляет материалы внутрь нейронов для достижения точного построения кодов памяти.
В нашем исследовании мы предположили, что кинезин использовался для доставки молекулярных материалов для «строительства» дендритных шипов. Чтобы доказать это, мы пометили молекулярные грузы, которые, как известно, переносит кинезин, флуоресцентными маркерами, чтобы мы могли следить за движением кинезина под микроскопом. Используя эту передовую технологию микроскопии, мы смогли отслеживать движение кинезина в мозге до и после создания и устранения страха у мышей.Мы также генетически удалили кинезины у другой группы мышей, чтобы понять, действительно ли функция кинезина необходима для формирования дендритного кода памяти позвоночника. Мы обнаружили, что у нормальных мышей с кинезином кинезину потребовалось несколько часов, а не минут, чтобы переместиться в определенное место на дендритах, где могут отрастать дендритные шипы. Если кинезин был удален из мозга, меченые молекулярные грузы демонстрировали снижение подвижности, и в результате количество образующихся дендритных шипов полностью изменялось, а стабильность образовавшихся шипов значительно ухудшалась.
В нашем исследовании без кинезина мыши не могли должным образом учиться или формировать память.
Понимание памятиВпервые был визуализирован процесс формирования структурного кода памяти, и кинезин был идентифицирован как транспорт для построения дендритных шипов после опыта обучения построению структурного кода памяти в живом мозге. Этот код структурной памяти может обеспечить даже более сложное измерение, чем двоичное кодирование информации.
Дальнейшее понимание и потенциальное картирование этих дендритных структурных кодов позвоночника в больших масштабах мозга может открыть новые способы манипулирования функциями памяти в медицинских условиях. (Разговор) АНБ
АНБ