Научение и память

Исследователи разработали метод измерения силы синапсов, точности пластичности и хранения информации в мозге. Используя теорию информации, исследователи обнаружили, что синапсы могут хранить в 10 раз больше информации, чем считалось ранее.

Результаты улучшают понимание процессов обучения, памяти и того, как эти процессы развиваются или ухудшаются. Этот прорыв может стимулировать исследования нейродегенеративных расстройств и заболеваний мозга связанных со старением.

https://neurosciencenews.com/synapse-storage-neuroscience-26173/

Наше исследование описывает влияние сенсорной тетанизации на нейрофизиологические и поведенческие показатели у людей, связывая клеточные исследования долгосрочной потенциации с мозговыми процессами высокого уровня. Быстрому (каждые 75 мс) предъявлению чистого тона (1020 Гц, 50 мс) в течение 2 минут предшествовали и следовали странные блоки, содержащие тот же стимул, представленный как девиантный (вероятность 5–10%), перемежающийся со стандартным (80–90%). и девиантные тона (5–10%) соседних частот (1000 и 980 Гц соответственно). Компонент несоответствия негативности (ММН) в ответ на тетанизированный тон (1020 Гц), хотя и был аналогичен ММН для нететанизированного тона до тетанизации, стал больше, чем после тетанизации, что указывает на усиление корковой дифференциации этих тонов. Однако эта дифференциация частично была обусловлена снижением MMN после тетанизации для тонов, близких к тетанизированной частоте, что указывает на влияние латерального торможения на этот эффект. Хотя MMN коррелировал с различимостью тонов при выполнении психофизических задач, улучшение поведения после тетанизации не было статистически обнаружено. В заключение следует отметить, что кратковременная слуховая тетанизация влияет на корковую репрезентацию тонов, которые не ограничиваются тетанизированными стимулами.

Поиск стратегий усиления синаптической эффективности в срезах, обработанных Aβ25-35, является проблемой для компенсации патологий, связанных с амилоидозом. Здесь мы использовали запись полевых возбуждающих постсинаптических потенциалов (fEPSP), визуализацию оксида азота (NO), измерения активности серин / треонин протеинфосфатазы (STPP) и обнаружение функциональных митохондриальных параметров в суспензии митохондрий головного мозга для изучения Передача сигналов, связанная с Aβ25-35, в гиппокампе. Агрегаты Aβ25-35 смещали киназно-фосфатазный баланс во время индукции долгосрочной потенциации (LTP) при усилении активности STPP. Ингибитор PP1/PP2A, окадаиновая кислота, но не блокатор PP2B, циклоспорин А, предотвращал Aβ25-35-зависимое подавление LTP как для протоколов одновременной, так и для отсроченной ферментной блокады. Активность STPP в срезах, обработанных Aβ25-35, повышалась, но не изменялась по сравнению с контрольными значениями в присутствии PP1/PP2A, но не в присутствии блокатора PP2B. Селективный ингибитор стресс-индуцированного PP1α, сефин1, но не блокатора PP2A, кантаридина, имеет решающее значение для предотвращения подавления LTP, опосредованного Aβ25-35. Блокатор митохондриального обменника Na+/Ca2+ (mNCX), CGP37157, также ослаблял снижение LTP, индуцированное Aβ25-35. Агрегаты Aβ25-35 не изменяли трансмембранный потенциал митохондрий или продукцию активных форм кислорода (АФК), но влияли на транспорт ионов и Са2+-зависимое набухание органелл. Окрашивание срезов гиппокампа NO-чувствительным флуоресцентным красителем DAF-FM показало стимуляцию продукции NO в срезах, предварительно обработанных Aβ25-35, в дендритсодержащих областях CA1 и CA3, в зубчатой извилине (DG) и в соме CA1/DG. Блокада NO scavenger, PTIO или nNOS селективным ингибитором 3Br-7NI частично восстанавливала снижение LTP, индуцированное Aβ25-35. Таким образом, выработка NO в гиппокампе может быть еще одним маркером нарушения синаптической пластичности при состояниях, связанных с амилоидозом, а управление балансом киназы-фосфатазы может быть многообещающей стратегией для компенсации ухудшений, вызванных Aβ25-35.

Серотонин играет решающую роль в долговременной синаптической пластичности и долговременной памяти у моллюсков. Ранее мы продемонстрировали, что ацетилирование гистонов является регуляторным механизмом долговременной памяти у наземных улиток. На поведенческом уровне в Helix было проведено множество исследований, чтобы выяснить роль ацетилирования гистонов и серотонина. Однако влияние ацетилирования гистонов на долговременное потенцирование синаптической эффективности в электрофизиологических исследованиях у Helix было изучено только в одной статье. Здесь мы исследовали влияние серотонина, ингибиторов гистондеацетилаз бутирата натрия и трихостатина А, а также ингибитора серотонинергических рецепторов метиотепина на долговременное потенцирование синаптических ответов in vitro. Мы продемонстрировали, что метиотепин резко снижал амплитуды ВПСП при индуцировании долгосрочной потенциации, в то время как совместное применение ингибиторов гистондеацетилазы бутирата натрия или трихостатина А с метиотепином предотвращало ослабление потенциации. Мы показали, что однократное применение серотонина в сочетании с блокадой гистондеацетилазы может имитировать эффект повторных применений серотонина и быть достаточным для устойчивых долговременных синаптических изменений. Полученные данные продемонстрировали, что блокада деацетилаз гистонов устраняет дефицит синаптической пластичности, вызванный различными парадигмами (лечение метиотепином, слабый протокол тренировки с однократным применением серотонина), что позволяет предположить, что ацетилирование гистонов способствует серотонин-опосредованной синаптической пластичности.

Сотрудники Лаборатории функциональной биохимии нервной системы представили исчерпывающий обзор взаимодействия между глюкокортикоидами (ГК) и нейрогенезом гиппокампа взрослых (AHN) в контексте больного мозга. Рассмотрены эффекторы ГК в нейрогенной нише зубчатой ​​извилины гиппокампа и обсуждаются последствия передачи сигналов ГК на генерацию и интеграцию новых нейронов. Рассмотрены недавние открытия, демонстрирующие, как передача сигналов ГК опосредует нарушения AHN при различных патологиях головного мозга. ГК-опосредованные эффекты на генерацию и интеграцию взрослых нейронов в зубчатой ​​извилине гиппокампа зависят от природы, тяжести и продолжительности действующего стрессового фактора. ГК реализуют свое влияние на АГН в первую очередь через специфические глюкокортикоидные и минералокортикоидные рецепторы. Нарушение реципрокной регуляции между осью гипоталамус-гипофиз-надпочечники (HPA) и генерацией зернистых нейронов, рожденных взрослыми, в настоящее время считается ключевым механизмом, вовлекающим AHN в патогенез многих заболеваний головного мозга, в том числе тех, которые не имеют прямого повреждение гиппокампа. Эти изменения варьируются от уменьшения пролиферации стволовых клеток и клеток-предшественников до повышенной гибели клеток и аномалий морфологии, связности и локализации молодых нейронов. Хотя участие взаимной регуляции между осью HPA и AHN в патогенезе когнитивных нарушений и нарушений настроения очевидно, отмечается несколько нерешенных критических вопросов. Понимание деталей ГК-опосредованных механизмов, вовлеченных в изменения в AHN, может позволить идентифицировать молекулярные мишени для улучшения вызванного патологией дисбаланса во взаимной регуляции оси HPA / AHN ​​для преодоления когнитивных и психических нарушений.

Сотрудники Лаборатории функциональной биохимии нервной системы осветили замечательное исследование в текущем выпуске Journal of Neurochemistry, в котором Хаскап и его коллеги предоставляют новые данные, показывающие, что рилузол, антиглутаматергический препарат, может быть многообещающей стратегией раннего вмешательства при болезни Альцгеймера (БА), направленной на восстановление нейротрансмиссия глутамата до накопления бляшек бета-амилоида (Aβ) и снижения когнитивных функций. Мыши APP / PS1, модель БА, изначально когнитивно нормальны, но имеют повышенное высвобождение глутамата в гиппокампе в возрасте 2–4 месяцев. Они начинают демонстрировать снижение когнитивных функций и накопление бляшек Aβ примерно в возрасте 6-8 месяцев, а также очевидную невропатологию БА и когнитивные нарушения в 10-12 месяцев. Лечение рилузолом в течение 4 месяцев (в возрасте 2–6 месяцев), направленное на ранние изменения глутаматергической нейротрансмиссии, предотвращает снижение когнитивных функций, наблюдаемое в возрасте 12 месяцев, и восстанавливает глутаматергическую нейротрансмиссию. Это одно из наиболее убедительных доклинических данных, подтверждающих идею нацеливания нейротрансмиссии глутамата у пациентов с риском БА и использования рилузола для этой цели.

Известно, что пирамидные нейроны неокортикального слоя 5 демонстрируют медленную Ca²⁺ -зависимую постгиперполяризацию (sAHP) после всплесков спайков, аналогичную той, что происходит в клетках гиппокампа CA1. Однако механизмы sAHP в неокортексе остаются плохо изученными. Сотрудники Лаборатории клеточной нейробиологии обучения идентифицировали Ca²⁺ -зависимые калиевые каналы KCa3.1 как вкладчики в sAHP в ER81-положительных пирамидных нейронах неокортекса. Более того, проведённые ими эксперименты убедительно подтверждают, что взаимосвязь между sAHP и KCa3.1 каналами в механизме обратной связи лежит в основе адаптации частоты пиков пирамидных нейронов слоя 5. Исследователи продемонстрировали взаимосвязь между каналами KCa3.1 и sAHP с использованием нескольких параллельных методов: электрофизиологии, фармакологии, иммуногистохимии и фотоактивируемых зондов. Их эксперименты показали, что иммунофлуоресценция ER81 в слое 5 совместно локализована с иммунофлуоресценцией KCa3.1 в соме. Нацеленное раскрытие Ca²⁺ подтвердило две основные особенности каналов KCa3.1: предпочтительную соматодендритную локализацию и управляемое Ca²⁺ гейтирование. Кроме того, как sAHP, так и медленный гиперполяризующий ток, индуцированный Ca²⁺, были чувствительны к TRAM-34, селективному блокатору каналов KCa3.1.