Er is een mechanisme gevonden om te bepalen welke herinneringen blijven bestaan

De studie, uitgevoerd door onderzoekers van de NYU Grossman School of Medicine, draait om hersencellen die neuronen worden genoemd en die ‘vuren’ – of fluctuaties veroorzaken in de balans van hun positieve en negatieve ladingen – om elektrische signalen uit te zenden die herinneringen coderen. Grote groepen neuronen in een hersengebied dat de hippocampus wordt genoemd, vuren samen in ritmische cycli, waardoor reeksen signalen binnen milliseconden van elkaar ontstaan ​​die complexe informatie kunnen coderen.

Deze ‘spike-spikes’, gericht op de rest van de hersenen, vertegenwoordigen het vrijwel synchroon afvuren van 15 procent van de hippocampale neuronen, genoemd naar de vorm die ze aannemen wanneer hun activiteit wordt opgepikt door elektroden en vastgelegd op een opnameapparaat. . Grafiek.

Terwijl eerdere studies rimpelingen in verband brachten met geheugenvorming tijdens de slaap, werd de nieuwe studie online in het tijdschrift gepubliceerd Wetenschappen Op 28 maart werd ontdekt dat gebeurtenissen overdag, onmiddellijk gevolgd door 5 tot 20 scherpe pieken, tijdens de slaap vaker worden herhaald en vervolgens worden geconsolideerd tot blijvende herinneringen. Gebeurtenissen die door zeer weinig of geen scherpe pieken werden gevolgd, konden geen blijvende herinneringen vormen.

“Uit onze studie blijkt dat piekpieken het fysiologische mechanisme zijn dat de hersenen gebruiken om te beslissen wat ze moeten behouden en wat ze moeten weggooien”, zegt senior studieauteur Gyorgy Buzaki, MD, Ph.D., Ph.D., hoogleraar neurowetenschappen aan de afdeling van Neurowetenschappen aan de Biggs Universiteit. Neurowetenschappen en fysiologie aan NYU Langone Health.

Loop en stop

De nieuwe studie is gebaseerd op een bekend patroon: zoogdieren, inclusief mensen, ervaren de wereld een paar momenten, pauzeren dan, ervaren dan nog een beetje en pauzeren dan weer. Nadat we ergens aandacht aan hebben besteed, zeggen de auteurs van het onderzoek, schakelen de berekeningen van de hersenen vaak over naar een 'slapende' herwaarderingsmodus. Dergelijke kortstondige pauzes komen gedurende de dag voor, maar langere perioden van vertraging doen zich voor tijdens de slaap.

Buzsaki en collega's hebben eerder aangetoond dat scherpe pieken niet optreden terwijl we actief sensorische informatie onderzoeken of bewegen, maar alleen tijdens pauzes ervoor of erna. Uit de huidige studie is gebleken dat piekpieken een natuurlijk labelmechanisme vertegenwoordigen tijdens deze pauzes na ontwaakproeven, waarbij gelabelde neurale patronen opnieuw worden geactiveerd tijdens de slaap na de taak.

Belangrijk is dat het bekend is dat spike-spikes bestaan ​​uit ‘plaatscellen’ in de hippocampus die in een specifieke volgorde afvuren die elke kamer codeert die we betreden, en elke arm van het doolhof waar de muis binnenkomt. Wat de herinnerde herinneringen betreft: diezelfde cellen vuren met hoge snelheid terwijl we slapen, ‘waarbij de opgenomen gebeurtenis duizenden keren per nacht wordt herhaald’. Dit proces versterkt de banden tussen de betrokken cellen.

Voor de huidige studie werden opeenvolgende doolhoven uitgevoerd door studieratten via elektroden gevolgd door populaties hippocampuscellen die in de loop van de tijd voortdurend veranderen ondanks het feit dat zeer vergelijkbare onderzoeken werden geregistreerd. Dit onthulde voor het eerst een labyrint waarin rimpelingen optreden tijdens het ophouden van wakker zijn, en vervolgens worden hersteld tijdens de slaap.

De scherpe punten werden meestal geregistreerd wanneer de muis na elke run door het doolhof pauzeerde om te genieten van een zoete lekkernij. De auteurs zeggen dat beloningsconsumptie de hersenen voorbereidt om over te schakelen van een verkennende naar een sedentaire modus, zodat er scherpe pieken kunnen optreden.

Met behulp van dubbelzijdige siliconensondes kon het onderzoeksteam tot 500 neuronen tegelijkertijd registreren in de hippocampus van de dieren terwijl ze door het doolhof renden. Dit zorgt op zijn beurt voor een uitdaging omdat de gegevens zeer complex worden naarmate meer neuronen onafhankelijk worden geregistreerd. Om een ​​intuïtief inzicht in de gegevens te krijgen, neuronale activiteit te visualiseren en hypothesen te genereren, is het team erin geslaagd het aantal dimensies in de gegevens te verminderen, in sommige opzichten zoals het omzetten van een 3D-beeld in een plat beeld, en zonder de integriteit van de gegevens te verliezen. gegevens.

“We hebben de buitenwereld buiten beschouwing gelaten en gekeken naar de mechanismen waarmee de hersenen van zoogdieren aangeboren en onbewust sommige herinneringen als permanent markeren”, zegt eerste auteur Wan'an (Winnie) Yang, Ph.D., een afgestudeerde student. aan de Buzaki-universiteit. laboratorium. “Waarom zo’n systeem is geëvolueerd blijft een mysterie, maar toekomstig onderzoek kan apparaten of behandelingen aan het licht brengen die scherpe golfpieken kunnen dempen om het geheugen te verbeteren of zelfs de herinnering aan traumatische gebeurtenissen te verminderen.”

Samen met Drs. Buzsacki en Yang, auteurs van de studie van het Neuroscience Institute van NYU Langone Health, zijn Roman Huzar en Thomas Haenmueller. Kirill Kiselev van het Center for Neuroscience van de New York University was ook een auteur, net als Chen Sun van MILA, het Quebec Institute for Artificial Intelligence, in Montreal. Het werk werd ondersteund door subsidies van de National Institutes of Health R01MH122391 en U19NS107616.