Раскрытие тайн мозга

Восстановление поврежденного инсультом мозга крысы

Исследователи из CHU Sainte-Justine Hospital и Université de Montréal сделали важное открытие в понимании механизмов, лежащих в основе обучения и формирования памяти.

Результаты их исследования представлены сегодня в Nature Communications .

Команда под руководством профессора Роберто Арая изучила функцию и морфологическую трансформацию дендритных шипов, крошечных выступов, расположенных на ветвях нейронов, во время синаптической пластичности, которая, как считается, является основным механизмом обучения и памяти.

«Мы очень рады, потому что это первый раз, когда правила синаптической пластичности, процесса, непосредственно связанного с формированием памяти в мозгу, были обнаружены таким образом, чтобы мы могли лучше понять пластичность и, в конечном итоге, то, как формируются воспоминания, когда нейроны неокортекса головного мозга получают один и / или несколько потоков сенсорной информации », – сказал профессор Арая.

Нейронное «дерево»

Мозг состоит из миллиардов возбудимых нервных клеток, более известных как нейроны. Они специализируются на коммуникации и обработке информации.

«Представьте себе дерево, – сказал Арая. «Корни представлены аксоном, центральный ствол – телом клетки, периферические ветви – дендритами и, наконец, листья – дендритными шипами. Эти тысячи маленьких листьев действуют как ворота, получая возбуждающую информацию от других клеток. Они решат, достаточно ли важна эта информация, чтобы ее можно было усилить и передать другим нейронам.

«Это ключевая концепция, – добавил он, – в обработке, интеграции и хранении информации и, следовательно, в памяти и обучении».

Нейроны усиливают «объем»

Дендритные шипы служат зоной контакта между нейронами, получая входные данные (информацию) различной силы. Если ввод является постоянным, срабатывает механизм, с помощью которого нейроны усиливают «громкость», чтобы он мог лучше «слышать» эту конкретную информацию.

В противном случае информация небольшого «объема» будет подавлена, и она останется незамеченной. Это явление соответствует синаптической пластичности, которая включает в себя усиление или снижение входной синаптической силы.

«Это фундаментальный закон пластичности, зависящей от времени, или пластичности, зависящей от времени спайка (STDP), который регулирует силу связей между нейронами в мозге и, как полагают, способствует обучению и памяти», – сказала Сабрина Тазерарт, соавтор. -автор исследования.

В то время как научная литература показывает этот феномен и то, как соединяются нейроны, точная структурная организация дендритных шипов и правила, контролирующие индукцию синаптической пластичности, остаются неизвестными.

«Законы связей»

Команде Арайи удалось пролить свет на механизмы, лежащие в основе STDP.

«До сих пор никто не знал, как синаптические входы (входящая информация) расположены в« нейронном дереве »и что именно заставляет дендритный позвоночник увеличивать или уменьшать силу или громкость передаваемой информации», – сказал профессор. «Наша цель состояла в том, чтобы извлечь« законы синаптической связи, «отвечающие за формирование воспоминаний в мозгу» ».

Для своего исследования его команда использовала доклинические модели на юношеской стадии, в критический период для обучения и памяти в мозгу.

Используя передовые методы двухфотонной микроскопии, которые имитируют синаптические контакты между двумя нейронами, исследователи обнаружили важный закон, связанный с организацией информации, получаемой дендритными шипами.

Их работа показывает, что в зависимости от количества полученных входов (синапсов) и их близости информация будет учитываться и храниться по-разному.

«Мы обнаружили, что если в небольшой части ветки дерева происходит более одного ввода, ячейка всегда будет считать эту информацию важной и будет увеличивать ее объем», – сказала соавтор статьи Дайана Э. Митчелл.

«Большое открытие»

«Это большое открытие», – добавил Арая.

«Структурные и функциональные изменения дендритных шипов, основных получателей сигналов от других нейронов, часто связаны с нейродегенеративными состояниями, такими как синдром ломкой Х-хромосомы или аутизм, так как пациент больше не может обрабатывать или хранить информацию должным образом», – сказал он.

«Это нарушает логику построения памяти. Теперь, понимая механизмы, лежащие в основе динамики дендритных шипов и их влияние на нервную систему, мы сможем разработать новые и более адаптированные терапевтические подходы».


Источник истории:

Материалы предоставлены Монреальским университетом . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.


Ссылка на журнал :

  1. Сабрина Тазерарт, Дайана Э. Митчелл, Соледад Миранда-Роттманн, Роберто Арая. Правило пластичности дендритных шипов, зависящее от времени спайков . Nature Communications , 2020; 11 (1) DOI: 10.1038 / s41467-020-17861-7