Новое исследование показало, что увеличение продолжительности определенного типа мозгового паттерна улучшает кратковременную память у крыс.
Исследование было опубликовано в журнале Science 14 июня "рабочая память," временная активация клеток мозга, которая происходит, например, когда мы путешествуем по новому району и запоминаем свой путь позже в тот же день.
Новое исследование, проведенное под руководством исследователей из Медицинской школы Нью-Йоркского университета, показывает, что сигналы, создаваемые клетками мозга (нейронами), называемые резкой волновой рябью, длиннее на десятки миллисекунд и собирают больше информации, когда животное узнает о новом месте, чем когда оно находится в знакомая обстановка.
Когда исследовательская группа искусственно удвоила длину сигналов, участвующих в воспроизведении в памяти лучшего маршрута через лабиринт, было обнаружено, что крысы с расширенной рябью на 10-15 процентов лучше находят сладкое вознаграждение, чем крысы без манипуляций.
"Наше исследование – первое в нашей области, в котором были искусственно изменены внутренние модели возбуждения нейронов в области мозга, называемой гиппокампом, что повысило способность к обучению, вместо того, чтобы вмешиваться в нее, как в предыдущих попытках," говорит Дьёрдь Бужаки, MD, Ph.D., профессор Биггса на кафедре неврологии и физиологии Медицинской школы Нью-Йоркского университета. "После десятилетий исследований мы, наконец, достаточно хорошо понимаем мозг млекопитающих, чтобы изменить некоторые из его механизмов таким образом, чтобы они могли направлять разработку будущих методов лечения заболеваний, влияющих на память."
Результаты исследования вращаются вокруг нервных клеток, которые "огонь – или вызвать быстрые колебания баланса их положительных и отрицательных зарядов – для передачи электрических сигналов, координирующих воспоминания. Команда Бужаки в последние годы обнаружила, что наборы нейронов срабатывают в пределах миллисекунд друг от друга в ритмических циклах, создавая тесно связанные последовательности сигналов, которые могут кодировать сложную информацию.
Этот наблюдаемый паттерн – когда клетки гиппокампа в разных частях цепи кратковременно срабатывают вместе – создает "резкая волновая рябь." Паттерны названы в честь их формы при графическом отображении с помощью электроэнцефалографии или ЭЭГ, технологии, которая регистрирует активность мозга с помощью электродов.
Бужаки говорит, что рябь представляет собой «воспроизведение» и объединение фрагментов полученной информации, часть процесса, который вплетает их в память животного.
Внутри ряби
В текущем исследовании команда разработала эксперименты таким образом, что правильный путь получения сладкой воды чередовался между левым и правым рукавами лабиринта каждый раз, когда в него помещалась крыса. Чтобы получить свою награду, крысы должны были использовать рабочую память, вспоминая, каким путем они пошли в предыдущем испытании, и выбирая противоположный путь в следующий раз.
Исследования, проведенные в последние годы во многих лабораториях, установили, что гиппокамп "разместить клетки" закодировать каждую комнату или каждую часть лабиринта при входе, а затем выстрелить снова, поскольку крысы или люди помнят, как туда ходили, или планируют пойти туда снова. Авторы исследования записали срабатывание клеток места, когда крыса выполняла задачу запоминания в лабиринте, и предсказали выбранный маршрут, отраженный в последовательности срабатывания клеток, зафиксированной в каждой резкой волновой ряби.
Чтобы искусственно удвоить продолжительность ряби, создаваемой клетками мозга крысы во время ориентированной на выполнение задач навигации, исследователи сконструировали клетки гиппокампа, включив в них светочувствительные каналы. Сияющий свет через крошечные стеклянные волокна активировал нейроны, добавляя больше нейронов к естественной последовательности, тем самым кодируя больше деталей изображения лабиринта.
Важно отметить, что исследование также показало, что расширенная рябь позволяет задействовать медленные нейроны в их последовательности. Предыдущие исследования авторов показали, что эти вялые нейроны лучше меняют свои свойства (становятся более пластичными) по мере изучения чего-то нового.
Напротив, более быстрые партнеры по пульсации имели тенденцию запускать последовательность независимо от того, каким маршрутом выбрала крыса. Команда Бужаки доказала, что такие “ жесткие ” нейроны обобщают опыт, кодируя знакомые (а не новообретенные) аспекты каждого вновь обнаруженного места.
"Нашим следующим шагом будет попытаться понять, как можно продлить резкую волновую рябь неинвазивными средствами, которые, если мы добьемся успеха, будут иметь значение для лечения нарушений памяти," говорит первый автор Антонио Фернандес-Руис, доктор философии.D., докторант в лаборатории Бужаки.