Согласно новому исследованию, клетки мозга с одинаковой «датой рождения» с большей вероятностью объединяются в совместные сигнальные цепи, которые выполняют множество функций, включая хранение воспоминаний.
Под руководством исследователей из Медицинской школы Гроссмана при Нью-Йоркском университете новое исследование мозга мышей, развивающихся в утробе матери, показало, что клетки мозга ( нейроны ) с одинаковой датой рождения демонстрировали различную связь и активность на протяжении всей взрослой жизни животных , независимо от того, спали ли они или спали . бодрствующий.
Результаты, опубликованные 22 августа в журнале Nature Neuroscience , показывают, что эволюция воспользовалась упорядоченным рождением нейронов — по дням беременности — для формирования локализованных микросхем в гиппокампе, области мозга , которая формирует воспоминания. Исследователи предполагают, что вместо того, чтобы пытаться создавать каждое новое воспоминание с нуля, мозг может использовать поэтапное формирование нейронных слоев для создания нейронных шаблонов, таких как «детали Lego», которые сопоставляют каждый новый опыт с существующим шаблоном по мере его запоминания.
Эти правила сборки цепей предполагают, что клетки , рожденные вместе, с большей вероятностью будут вместе кодировать воспоминания и вместе давать сбои, что потенциально может иметь отношение к дате рождения нейронов при таких заболеваниях, как аутизм и болезнь Альцгеймера, говорят авторы. При изменении количества клеток, рожденных в разные дни, развивающийся мозг может быть более уязвимым в некоторые дни беременности к вирусным инфекциям , токсинам или алкоголю.
«Результаты нашего исследования показывают, что день рождения нейрона гиппокампа сильно влияет как на то, как работает эта отдельная клетка , так и на то, как популяции таких клеток передают сигналы вместе на протяжении всей жизни», — говорит старший автор исследования Дьёрдь Бужаки, доктор медицинских наук, Biggs. Профессор кафедры неврологии и физиологии NYU Langone Health. «Эта работа может изменить то, как мы изучаем расстройства развития нервной системы , которые традиционно рассматривались через призму молекулярного или генетического, а не развития», — говорит Бужаки, также преподаватель Института неврологии при Нью-Йоркском университете в Лангоне.
Новое понимание
Нововведение текущего исследования основано на отслеживании активности нейронов данной даты рождения во взрослом возрасте. Для этого исследователи использовали технику, которая позволяла им переносить ДНК в клетки, которые в утробе матери подвергались делению на нейроны. ДНК экспрессировала маркеры, которые помечали клетки мозга, родившиеся в один и тот же день, подобно штрих-коду. Затем этот метод маркировки позволил исследователям изучить эти нейроны у взрослого животного.
Используя комбинацию методов, новое исследование показало, что нейроны одной и той же даты рождения имеют тенденцию «совместно срабатывать» вместе, характеризуясь синхронизированными колебаниями их положительных и отрицательных зарядов, что позволяет им коллективно передавать электрические сигналы. Вероятная причина совместного запуска, говорят авторы, заключается в том, что нейроны с одинаковой датой рождения связаны через общие нейроны.
Прошлые работы показали, что активность гиппокампа можно описать в терминах паттернов коллективной активности нейронов во время бодрствования и сна. Например, во время сна, когда воспоминания каждого дня объединяются для долговременного хранения в памяти, нейроны гиппокампа участвуют в циклическом всплеске активности, называемом «резкая волна-рябь», названной так из-за формы, которую он принимает при графическом отображении на ЭЭГ. Технология, которая записывает активность мозга с помощью электродов.
«Наши результаты показывают, что нейроны, рожденные в один и тот же день, становятся частью одних и тех же сотрудничающих сборок, участвуют в одних и тех же острых волнах и представляют одни и те же воспоминания», — говорит первый автор Роман Хузар, аспирант лаборатории Бужаки. «Эти отношения и предустановленные шаблоны, которые они кодируют, имеют ключевое значение для функции гиппокампа: хранение воспоминаний о месте или событии».
Двигаясь вперед, команда планирует дополнительные эксперименты, чтобы идентифицировать гены, активные в нейронах одной и той же даты рождения в разных областях мозга, и проверить их роль в формировании памяти и поведении.
Наряду с Бужаки и Хузаром другими авторами исследования были Юньчан Чжан из Института неврологии Нью-Йоркского университета и Центра нейронаук Нью-Йоркского университета; и Хайке Блокус из Департамента неврологии и Цукермановского института поведения мозга в Колумбийском университете.
