Каждый раз, когда мы отправляемся в новое место, встроенный в наш мозг GPS немедленно срабатывает и начинает формировать пространственную карту нашего окружения. В течение нескольких дней и даже недель эта карта может стать воспоминанием, которое мы можем вспомнить, чтобы легче ориентироваться всякий раз, когда мы возвращаемся в это конкретное место.
То, как мозг формирует эти пространственные карты, поразительно сложно — процесс, который включает сложное молекулярное взаимодействие между генами, белками и нервными цепями для формирования поведения. Возможно, неудивительно, что точные шаги этого многопользовательского взаимодействия ускользнули от нейробиологов.
Теперь ученые благодаря сотрудничеству нескольких лабораторий в Институте Блаватника при Гарвардской медицинской школе добились значительного прогресса в понимании молекулярных механизмов, которые участвуют в создании пространственных карт в мозге.
Новое исследование, проведенное на мышах и опубликованное 24 августа в журнале Nature , устанавливает, что ген под названием Fos является ключевым игроком в пространственном картировании, помогая мозгу использовать специализированные навигационные клетки для формирования и поддержания стабильных представлений об окружающей среде.
«Это исследование соединяет разные уровни понимания, чтобы установить довольно прямую связь между молекулами и функцией цепей поведения и памяти », — сказал старший автор Кристофер Харви, доцент нейробиологии в HMS. «Здесь мы можем понять, что на самом деле лежит в основе формирования и стабильности пространственных карт».
Если результаты перенесут на людей, они предоставят важную новую информацию о том, как наш мозг создает пространственные карты. В конце концов, эти знания могут помочь ученым лучше понять, что происходит, когда этот процесс нарушается, как это часто происходит в результате травмы головного мозга или нейродегенерации.
Карты памяти
Гиппокамп расположен глубоко в височной доле мозга и играет важную роль в обучении, памяти и навигации для многих видов, включая мышей и людей. Ученым давно известно, что для навигации гиппокамп содержит специализированные нейроны, называемые клетками места, которые выборочно активизируются, когда животное находится в разных точках пространства. Включаясь и выключаясь по мере того, как животное перемещается в окружающей среде, клетки места, по сути, создают карту окружающего пространства, которую можно включить в память.
«Моя лаборатория изучала пространственную навигацию в течение многих лет, в том числе то, как клетки места формируют карту окружающей среды и формируют пространственные воспоминания», — сказал Харви, и все же «молекулярные механизмы, лежащие в основе этих процессов, было трудно изучать у животных».
Чтобы изучить молекулярный каскад, участвующий в этом процессе картирования, Харви и первый автор Ноа Петтит, научный сотрудник в области нейробиологии в лаборатории Харви, объединились с со-старшим автором Майклом Гринбергом, профессором нейробиологии Натана Марша Пьюзи в HMS, и автором Линн Яп, выпускник Гарвардского доктора философии. Программа по неврологии, которая защитила докторскую диссертацию в лаборатории Гринберга.
Лаборатория Гринберга изучает ген Fos , который кодирует белок фактора транскрипции, регулирующий экспрессию других генов. В предыдущем исследовании Гринберг и его коллеги показали, что Fos экспрессируется через несколько минут после активации нейрона, что делает его полезным маркером нейронной активности в мозге. Они также продемонстрировали, что Fos действует как посредник для различных типов нейронной пластичности, включая навигацию и формирование памяти. Однако взаимосвязь между клетками Fos и place в гиппокампе неизвестна.
Исследователи задались вопросом, может ли Фос участвовать в том, как мыши формируют пространственные карты, ориентируясь в окружающей среде.
Чтобы выяснить это, команда использовала технику, разработанную в лаборатории Харви, которая помещает мышей в лабиринт виртуальной реальности : мышь бежит по мячу и смотрит на большой объемный экран, на котором отображается задача пространственной навигации, например решение лабиринта, чтобы найти награда. Когда мышь бегает по мячу и выполняет задание, исследователи регистрируют нейронную активность и изменения экспрессии Fos в гиппокампе.
В том, что Гринберг назвал «техническим проявлением силы», Петтит провел серию сложных экспериментов, чтобы раскрыть связь между Fos и клетками места. Команда обнаружила, что через несколько часов после того, как мышь выполнила навигационную задачу, нейроны с высокой экспрессией Fos с большей вероятностью сформировали точные поля места — кластеры клеток места, которые сигнализируют о пространственном положении, — чем нейроны с низкой экспрессией Fos . Более того, нейроны с высокой экспрессией Fos имели поля места, которые с течением времени были более надежными в определении пространственного положения, когда мышь повторяла задачу в последующие дни.
«Это говорит нам о том, что от момента к моменту, когда мышь перемещается, нейроны, которые индуцируют Fos , имеют очень надежную информацию о пространственном положении мыши, которая является ключевой переменной, необходимой для решения и запоминания задачи», — объяснил Петтит. .
Когда исследователи отключили Fos в подмножестве нейронов гиппокампа, они обнаружили, что эти клетки имеют менее точные пространственные карты окружающей среды, чем близлежащие нейроны с нормальной экспрессией Fos . Кроме того, карты в клетках, в которых отсутствовал Fos , были менее стабильны в течение дня и, следовательно, менее надежны в качестве воспоминаний об окружающей среде.
« Похоже, что Fos важен для поддержания стабильности и точности ячеек места, а также для представления пространственной карты в мозге с течением времени», — сказал Гринберг.
«Было проведено много исследований Fos и много исследований клеток места , но это одна из первых статей, которая напрямую связывает эти два понятия, — добавил Харви. исследуя эти механизмы».
Например, Гринберг хотел бы углубиться в конкретные молекулы и клетки, которые участвуют в процессе, поскольку Фос помогает мозгу формировать и поддерживать стабильные пространственные карты с течением времени. Он также хочет понять различные роли , которые может играть Fos по мере того, как воспоминания о пространственных картах передаются из гиппокампа в другие области мозга. В том же духе Харви интересуется, является ли Fos частью процесса, посредством которого воспоминания о пространственных картах закрепляются во время сна.
Хотя исследование проводилось на мышах, исследователи отметили, что большая часть системы сохраняется у разных видов, включая человека. Если результаты могут быть подтверждены на людях, они могут помочь ученым понять, как наш мозг формирует пространственные карты и что происходит, когда мы теряем эту способность из-за травмы или болезни.
Помимо науки, исследователи подчеркнули, что исследование представляет собой необычное партнерство между лабораторией, изучающей клеточные и молекулярные механизмы , и лабораторией, которая занимается изучением поведения животных и нейронных цепей.
«Наши две лаборатории так же далеки друг от друга с точки зрения того, чем мы занимаемся, как и другие в отделе, но мы собрались вместе, чтобы изучить, как молекулы взаимодействуют с нейронными цепями , которые контролируют обучение, память и поведение», — сказал Гринберг.
"This was a natural and exciting collaboration to learn that Fos plays a role in spatial memories and spatial navigation," Harvey agreed. "It's hard to be an expert in all these different levels of neurobiology, but by working together, the two labs have been able to bridge the gap."
Explore further
Study shows that behavioral engagement could affect hippocampal place codes
More information: Christopher Harvey, Fos ensembles encode and shape stable spatial maps in the hippocampus, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05113-1. www.nature.com/articles/s41586-022-05113-1
Информация о журнале: Природа
Предоставлено Гарвардской медицинской школой
Фейсбук
Твиттер
Эл. адрес
Обратная связь с редакцией
Избранное
Последние комментарии
Популярный
Почему нарциссы чаще других верят в теории заговора
24 АВГУСТА 2022 Г.
8
Сравнение разнообразия кишечного биома у недоношенных детей, которых кормили человеческим молоком, и обогащенными коровьим молоком
23 АВГУСТА 2022 Г.
0
Повышение концентрации GPNMB в образцах крови может быть биомаркером болезни Паркинсона
19 АВГУСТА 2022 Г.
0
Генетические варианты, подавляющие редактирование РНК A-to-I, связаны с повышенным риском аутоиммунных заболеваний.
18 АВГУСТА 2022 Г.
0
Исследование раскрывает глобальное нарушение регуляции дофамина у мышей с хронической воспалительной болью
18 АВГУСТА 2022 Г.
1
Как жировой обмен матери на очень ранних сроках беременности и рост брюшной полости плода влияют на вес и ожирение ребенка
12 ЧАСОВ НАЗАД
Исследование показало, что воздействие солнца, жары и влажности может усугубить симптомы психических расстройств
13 ЧАСОВ НАЗАД
Что заставляет нас делиться постами в социальных сетях?
15 ЧАСОВ НАЗАД
Чем отличается человеческий мозг? Исследование раскрывает подсказки
16 ЧАСОВ НАЗАД
Движения глаз в фазе быстрого сна имитируют взгляды в мире сновидений.
16 ЧАСОВ НАЗАД
Исследовательская группа обнаружила, что положительные психологические факторы не одинаково защищают от болезней у представителей разных рас.
16 ЧАСОВ НАЗАД
Новые данные показывают, что вакцина от COVID-19 не повышает риск инсульта
16 ЧАСОВ НАЗАД
1
2
Phys.org
Ежедневные новости науки об исследованиях и последних научных инновациях
Техническое исследование
Новейшие инженерные, электронные и технологические достижения
Наука Х
Самое полное освещение научно-технических новостей в Интернете
Информационные бюллетени
Эл. адрес
Science X Daily и еженедельный информационный бюллетень по электронной почте — это бесплатные функции, которые позволяют вам получать ваши любимые научно-технические новости по электронной почте.
Подписывайтесь на нас
верхний
Дом
Поиск
Мобильная версия
Помощь
Часто задаваемые вопросы
О
Контакт
Аккаунт Science X
Спонсируемый аккаунт
Новостная рассылка
Архив
Android-приложение
iOS-приложение
RSS-каналы
Отправить уведомление
© Medical Xpress 2011 - 2022 на базе Science X Network
Политика конфиденциальности Условия эксплуатации Медицинский отказ от ответственности
