Modellierung der zellulären Basis des Gedächtnisses
Dieses neue Paradigma ermöglicht ein vollständigeres Bild der Funktionsweise des Gedächtnisses und kann die Erforschung von Erkrankungen wie Parkinson, Alzheimer, posttraumatischem Stress und Lernstörungen unterstützen.
"Frühere Modelle des Gedächtnisses basierten auf schnellen Aktivitätsmustern", sagte Dr. Terry Sejnowski, Inhaber des Francis Crick-Lehrstuhls von Salk und Ermittler des Howard Hughes Medical Institute.
„Unser neues Erinnerungsmodell ermöglicht es, Erlebnisse über Stunden und nicht über Momente hinweg zu integrieren.“
In den letzten Jahrzehnten haben Neurowissenschaftler viel darüber verraten, wie Langzeitgedächtnisse gespeichert werden.
Bei wichtigen Ereignissen - zum Beispiel wenn ein Hund gebissen wird - werden in aktivierten Gehirnzellen schnell eine Reihe von Proteinen hergestellt, um die neuen Erinnerungen zu erzeugen. Einige dieser Proteine verweilen einige Stunden an bestimmten Stellen auf bestimmten Neuronen, bevor sie abgebaut werden.
Diese Reihe von biochemischen Ereignissen ermöglicht es uns, uns an wichtige Details zu diesem Ereignis zu erinnern - beispielsweise im Fall des Hundebisses, an welchem Hund er sich befand, wenn ein Besuch in der Notaufnahme erforderlich war, und so weiter.
Ein Problem, das Wissenschaftler bei der Modellierung des Speichers hatten, ist die Erklärung, warum nur selektive Details und nicht alles in diesem ein- bis zweistündigen Fenster stark in Erinnerung bleiben.
Sejnowski und der Erstautor Cian O'Donnell, Ph.D., ein Salk-Postdoktorand, entwickelten unter Einbeziehung von Daten aus früherer Literatur ein Modell, das Erkenntnisse aus molekularen und systemischen Beobachtungen des Gedächtnisses miteinander verbindet, um zu erklären, wie dies ein bis zwei Stunden dauert Speicherfenster funktioniert.
Eine Erklärung des neuen Frameworks wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Neuron.
Mithilfe von Computermodellen zeigen O’Donnell und Sejnowski, dass trotz der Verfügbarkeit der Proteine für eine Reihe von Neuronen in einem bestimmten Schaltkreis Erinnerungen erhalten bleiben, wenn nachfolgende Ereignisse dieselben Neuronen wie das ursprüngliche Ereignis aktivieren.
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die räumliche Positionierung von Proteinen sowohl an bestimmten Neuronen als auch an bestimmten Bereichen um diese Neuronen vorhersagt, welche Erinnerungen aufgezeichnet werden. Dieses räumliche Strukturierungsgerüst sagt erfolgreich die Speichererhaltung als mathematische Funktion der Überlappung von Zeit und Ort voraus.
"Eine Sache, die diese Studie macht, ist die Verknüpfung der Speicherbildung auf zellularer Ebene mit der Systemebene", sagt O’Donnell.
„Dass das Zeitfenster wichtig ist, wurde bereits festgelegt. Wir haben herausgefunden, wie der Inhalt auch bestimmen kann, ob Erinnerungen in Erinnerung bleiben oder nicht. Wir beweisen, dass eine Reihe von Ideen konsistent und ausreichend sind, um etwas in der realen Welt zu erklären. “
Das neue Modell bietet auch einen potenziellen Rahmen, um zu verstehen, wie Verallgemeinerungen aus Erinnerungen während Träumen verarbeitet werden.
Während über den Schlaf noch viel Unbekanntes bekannt ist, deuten Untersuchungen darauf hin, dass wichtige Erinnerungen des Tages häufig durch das Gehirn geleitet werden und von der temporären Speicherung im Hippocampus zur längerfristigen Speicherung im Kortex transportiert werden.
Die Forscher beobachteten den größten Teil dieser Gedächtnisbildung im nicht träumenden Schlaf. Es ist jedoch wenig darüber bekannt, ob und wie Speicherverpackungen oder -konsolidierungen in Träumen durchgeführt werden.
In der neuen Studie legt das Modell von O’Donnell und Sejnowski nahe, dass eine gewisse Gedächtniserhaltung während der Träume auftritt.
"Während des Schlafes wird das Gedächtnis neu organisiert - Sie stärken einige Erinnerungen und verlieren diejenigen, die Sie nicht mehr benötigen", sagt O'Donnell.
"Außerdem lernen die Menschen im Schlaf Abstraktionen, aber es gab keine Ahnung, wie Generalisierungsprozesse auf neuronaler Ebene ablaufen."
Indem sie ihre theoretischen Erkenntnisse zur Überlappungsaktivität innerhalb des ein- bis zweistündigen Fensters anwendeten, entwickelten sie ein theoretisches Modell dafür, wie der Speicherabstraktionsprozess im Schlaf funktionieren könnte.
Quelle: Salk Institute
