Sinirbilim

Bellek Odaklanmasını ve Depolamayı Geliştiren Beyin Hücreleri Tanımlandı

Özet: Araştırmacılar, belirli beyin hücrelerinin kısa süreli anıları koruma ve bunlara odaklanma yeteneğimizi nasıl geliştirdiğini ortaya çıkardı. Çalışmaları, PAC nöronları olarak adlandırılan ve herhangi bir bilgiyi depolamadan belleğe özgü nöronların aktivitesini koordine eden yeni bir nöron tipini vurguluyor.

Bu bulgular, epilepsi hastalarının hafıza görevleri sırasındaki beyin aktivite kayıtlarından elde edildi ve çalışma hafızasının nasıl çalıştığına dair yeni bilgiler sağladı. Bu mekanizmaların anlaşılması, Alzheimer ve DEHB gibi bilişsel işlevlerin bozulduğu bozukluklar için daha iyi tedavilere yol açabilir.

Ana unsurlar:

  1. Çalışma, hafızayla ilgili beyin dalgalarıyla senkronize olmak için faz-genlik eşleşmesini kullanan, odaklanmaya ve hafızanın korunmasına yardımcı olan PAC nöronlarını tanımlıyor.
  2. Bu araştırma, hipokampusun sadece uzun süreli hafızadaki rolünü değil, aynı zamanda sinir bilimi için kritik bir keşif olan çalışma hafızasını kontrol etmedeki rolünü de doğruluyor.
  3. Araştırma, NIH’nin BRAIN Girişiminin bir parçasıydı ve en son teknolojilerin, incelenmesi zor olan karmaşık beyin süreçlerini nasıl aydınlatabildiğini gösteriyordu.

Kaynak: Cedars Sina Tıp Merkezi

Cedars-Sinai araştırmacıları, çalışma belleğinden sorumlu beyin hücrelerinin (bir telefon numarasını çevirmek için yeterince uzun süre hatırlaması gereken tür), kasıtlı odaklanmayı ve bilginin kısa süreli depolanmasını nasıl koordine ettiğini keşfettiler.

Keşiflerini detaylandıran çalışma hakemli dergide yayınlandı Doğa.

Bu nöronları gösterir.
PAC nöronları, beynin odaklanma ve kontrolle ilişkili teta dalgalarının yanı sıra bilgi işlemeyle bağlantılı gama dalgalarıyla zamanında ateşlenir. Kredi: Nörobilim Haberleri

Rutishauser Laboratuvarı’nda doktora sonrası araştırmacı olan PhD Jonathan Daume, “İlk kez, bilişsel kontrolü ve çalışma belleğinde duyusal bilgilerin depolanmasını koordine eden, iki tür beyin dalgasından etkilenen bir grup nöron belirledik” dedi. Cedars-Sinai ve çalışmanın ilk yazarı.

“Bu nöronlar bilgiyi içermiyor veya saklamıyor ancak kısa süreli anıların depolanması için çok önemli.”

Cedars-Sinai Sinir Bilimi ve Tıp Merkezi direktörü ve çalışmanın kıdemli yazarı PhD Ueli Rutishauser, beynin bilgiyi yalnızca saniyeler boyunca depolamasını gerektiren çalışma belleğinin kırılgan olduğunu ve sürekli odaklanmayı gerektirdiğini söyledi. Farklı hastalık ve durumlardan etkilenebilir.

Profesör Rutishauser, “Alzheimer hastalığı veya dikkat eksikliği hiperaktivite bozukluğu gibi bozukluklarda sorun genellikle hafızanın depolanması değil, daha ziyade bir hafıza oluştuktan sonra ona odaklanma ve onu hafızada tutma yeteneğidir” dedi. Cedars-Sinai’de Beyin Cerrahisi, Nöroloji ve Biyomedikal Bilimler.

“Çalışan belleğin kontrol yönünü anlamanın, bu ve diğer nörolojik durumlar için yeni tedaviler geliştirmede temel olacağına inanıyoruz.”

Araştırmacılar, çalışma belleğinin nasıl çalıştığını araştırmak için, epilepsi teşhisi prosedürünün bir parçası olarak beyinlerine ameliyatla elektrotlar yerleştirilen, hastanede yatan 36 hastanın beyin aktivitesini kaydetti.

Ekip, hastalar çalışma belleğinin kullanılmasını gerektiren bir görevi yerine getirirken bireysel beyin hücrelerinin ve beyin dalgalarının aktivitesini kaydetti.

Bir bilgisayar ekranında hastalara çeşitli insanların, hayvanların, nesnelerin veya manzaraların tek bir fotoğrafı veya üç fotoğraftan oluşan bir seri gösterildi.

Daha sonra ekran üç saniyeden kısa bir süre boyunca karardı ve hastaların az önce gördükleri fotoğrafları hatırlamaları gerekti. Daha sonra onlara başka bir fotoğraf gösterildi ve bunun daha önce gördükleri fotoğraf mı (veya üç fotoğraftan biri mi) olduğuna karar vermeleri istendi.

Çalışma belleği görevini gerçekleştiren hastalar hızlı ve doğru bir şekilde yanıt verebildiğinde, araştırmacılar iki grup nöronun ateşlendiğini fark etti: hayvanlar gibi fotoğraflarda gösterilen kategorilerden birine yanıt olarak ateşlenen “kategori” nöronları ve “faz” nöronları. -genlik eşleşmesi” veya PAC, nöronlar.

Bu çalışmada yeni tanımlanan PAC nöronları herhangi bir içeriğe sahip değil, ancak kategori nöronlarının edindikleri içeriğe odaklanmasını ve depolamasını sağlamak için faz-genlik eşleşmesi adı verilen bir işlemi kullanıyor. PAC nöronları, beynin odaklanma ve kontrolle ilişkili teta dalgalarının yanı sıra bilgi işlemeyle bağlantılı gama dalgalarıyla zamanında ateşlenir.

Bu onların aktivitelerini aynı zamanda beynin gama dalgalarını zamanında harekete geçiren kategori nöronlarıyla koordine etmelerine olanak tanıyarak hastaların çalışma belleğinde depolanan bilgileri hatırlama yeteneğini geliştiriyor.

Rutishauser, “Hastanın bir köpeğin fotoğrafını gördüğünde, kategori nöronlarının ‘köpek, köpek, köpek’ diye ateş etmeye başladığını, PAC nöronlarının ise ‘odaklanma/hatırlama’yı ateşlediğini hayal edin” dedi.

“Faz-genlik eşleşmesi yoluyla, iki nöron grubu mesajlarını üst üste bindirerek bir uyum yaratıyor ve sonuçta ‘köpeği hatırla’ ortaya çıkıyor. Bir orkestradaki müzisyenlerin birlikte çalmasını dinlemek gibi, bütünün parçaların toplamından daha büyük olduğu bir durumdur. Şef, tıpkı PAC nöronları gibi, çeşitli oyuncuların uyum içinde hareket etmesini koordine eder.”

PAC nöronları bu işi, uzun süreli hafıza için önemli olduğu uzun süredir bilinen beynin bir parçası olan hipokampusta yapıyor. Rutishauser, bu çalışmanın hipokampusun çalışma belleğinin kontrolünde de rol oynadığının ilk onayını sunduğunu söyledi.

Bu çalışma Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından finanse edilen çok kurumlu bir konsorsiyumun parçası olarak yürütülmüştür. Yenilikçi Nöroteknolojilerin Geliştirilmesi Yoluyla Beyin Araştırmaları Girişimi veya BRAIN Girişimi ve Cedars-Sinai tarafından yönetiliyor.

Bu çalışmadaki veriler Cedars-Sinai, Toronto Üniversitesi ve Johns Hopkins Tıp Fakültesi’nde bir araya getirilerek, bu deneylerin zorluğu göz önüne alındığında tek bir kurumun kendi başına biriktiremeyeceği istatistiksel açıdan güçlü bir çalışma ortaya çıktı.

Dr. John Ngai, PhD, “BRAIN Girişiminin amaçlarından biri, yenilikçi teknolojilerin kullanımı yoluyla, insan beyninin şimdiye kadar incelenmesi imkansız olmasa da zor olan özelliklerini ortaya çıkarmaktır” dedi. NIH BEYİN Girişimi.

“Burada, Rutishauser Laboratuvarı, insanlarda karmaşık süreçleri aydınlatma girişimi tarafından desteklenen olağandışı fırsatlardan yararlanarak, belirli nöronların, anıların beyinde nasıl depolandığını desteklediğine ışık tutuyor; bu, yıkıcı beyin bozukluklarında anlaşılmaktan çok uzak bir süreçtir. Alzheimer hastalığı ve diğer demanslar gibi.”

Bu çalışmaya katılan diğer Cedars-Sinai yazarları arasında Jan Kaminski, Umais Khan, Michael Kyzar, Chrystal Reed ve Adam Mamelak yer alıyor. Çalışmaya ayrıca Toronto Üniversitesi’nden Andrea Schjetnan ve Taufik Valiante ile Johns Hopkins Tıp Fakültesi’nden Yousef Salimpour ve William Anderson da katıldı.

Finansman: Bu çalışma, Alman Ulusal Bilimler Akademisi Leopoldina Doktora Sonrası bursu, Cedars-Sinai Nöral Bilim ve Tıp Merkezi Doktora Sonrası bursu, Ulusal Nörolojik Bozukluklar ve İnme Enstitüsü BEYİN girişimi hibe numarası U01NS103792 ve U01NS117839 ve Ulusal Bilim Vakfı hibe numarası BCS tarafından desteklenmiştir. -2219800.

Bu hafıza ve sinirbilim araştırma haberleri hakkında

Soyut

İnsan hipokampal nöronlarının faz-genlik eşleşmesi ile çalışma belleğinin kontrolü

Bilginin çalışma belleğinde tutulması, notlara özgü kalıcı aktiviteyi müdahaleden korumak için bilişsel kontrole dayanan zorlu bir süreçtir. Ancak bilişsel kontrolün çalışma belleği depolamasını nasıl düzenlediği belirsizdir.

Burada ön kontrol ve hipokampal kalıcı aktivite arasındaki etkileşimlerin teta-gama fazı-genlik eşleşmesi (TG-PAC) tarafından koordine edildiğini gösteriyoruz.

Hastalar çalışma hafızalarında birden fazla öğeyi korurken, insanın medial temporal ve frontal lobundaki tek nöronları kaydettik. Hipokampusta TG-PAC, çalışan hafıza yükünün ve kalitesinin göstergesiydi.

Teta fazı ve gama genliğinin doğrusal olmayan etkileşimleri sırasında seçici olarak artış gösteren hücreleri belirledik. Bu PAC nöronlarının ani yükseliş zamanlaması, bilişsel kontrol talebi yüksek olduğunda ön teta aktivitesiyle koordine edildi.

PAC nöronları, hipokampustaki sürekli aktif nöronlarla gürültü korelasyonları oluşturarak popülasyon kodunun geometrisini şekillendirdi. Bu, gelişmiş davranışla ilişkilendirilen çalışma belleği içeriğinin daha yüksek kalitede temsil edilmesine yol açtı.

Sonuçlarımız, depolamayla ilgili alanlarda çalışma belleği içeriğinin bakımını yöneten ön kontrol ile çok bileşenli bir çalışma belleği mimarisini desteklemektedir.

Bu çerçevede, hipokampal TG-PAC, beyin alanları arasında bilişsel kontrolü ve çalışma belleği depolamasını bütünleştirir, böylece duyusal güdümlü süreçler üzerinde yukarıdan aşağıya kontrol için potansiyel bir mekanizma önerir.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/pac-neurons-memory-25938/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu