Uzun Süreli Belleğin İnşaat Alanı Beyinde Nasıl Oluşur?

Özet: Çalışma, hem kısa süreli hem de uzun süreli anılar oluştururken deneyime bağlı değişikliklere uğrayan bir dizi proteini tanımlar.

Kaynak: Florida üniversitesi

Beynin içinde bir şantiye gibi yeni bir uzun süreli hafıza düşünün. Beynin nöronları kendilerini yeniden yapılandırır ve gerektiğinde geri çağırmak üzere hafızayı depolamak için diğer nöronlarla bağlantılar kurar veya yok eder.

Nöronlar yardım almadan işi yapamazlar. Uzak bir depodan inşaat malzemelerine ihtiyaçları var. Bunun üzerine kamyonlar şantiyeye kargo taşımak için otoyola çıktı.

O tırların yükü, hafızanın gücüne bağlı olarak zamanla değişir. Nöronların saatlerce, günlerce, haftalarca ve hatta yıllarca dayanan bir yapı oluşturmak için malzemelere ihtiyacı var mı?

Herbert Wertheim UF Scripps Biyomedikal İnovasyon ve Teknoloji Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, bu hücresel yapı malzemelerinin – bu durumda protein setlerinin – kısa ve uzun vadeli anılar oluştururken deneyime bağlı değişikliklere uğradığını keşfettiler.

Wertheim UF Scripps Enstitüsü bilim adamlarından oluşan bir ekip tarafından yapılan keşif üzerine bir makale 5 Ocak’ta yayınlandı. eNöroSociety for Neuroscience’ın açık erişimli bir dergisi.

Beynin plastisitesine ya da biz hayatımızı yaşarken ve anılar biriktirirken uyum sağlama ve yapısını değiştirme becerisine bir bakış.

Ek olarak, beynin son derece karmaşık sistemlerinin nasıl çalıştığına dair gelecekteki araştırmalara ışık tutuyor. Bilim adamları, bunun nörolojik bozuklukları daha iyi anlamak için potansiyel etkileri olduğunu söyledi. Bunlar, ALS veya Lou Gehrig hastalığı olarak bilinen Alzheimer ve amyotrofik lateral sklerozu içerir.

Kıdemli yazar Sathyanarayanan V. Puthanveettil, “Bu bize hafıza için önemli olduğunu bildiğimiz bir süreç hakkında çok daha ayrıntılı bir fikir veriyor” dedi. Wertheim UF Scripps Enstitüsü’nde doçenttir.

“Bu nöronların bağlantılarının, uzun süreli hafıza oluşturmak için seçici olarak değiştirilmesi gerekiyor” diye ekledi. “Ve modifikasyonun gerçekleşmesi için, nöronun hücrenin somasından uzaktaki sinapslarına materyal göndermesi gerekiyor. Eşsiz protein paketleri gönderilir ve bu protein kargosu, bellek kodlandıkça zamanla değişir. Bu heyecan verici bir bulgu.”

Soma, bir nöronun çekirdeğinin bulunduğu ana hücre gövdesidir, sinapslar ise nöronlar arasındaki bağlantıların kurulduğu yerdir. Hücresel düzeyde, bu uzun bir yolculuk.

Puthanveettil’in ekibi, anıların nasıl kodlandığını keşfetmek için Aplysia adlı bir deniz salyangozu türü kullandı. Sümüklüböcekler, insan beynindekilerle karşılaştırıldığında devasa nöronlara sahiptir ve bu da onların incelenmesini kolaylaştırır.

Puthanveettil, belirli anıları sümüklü böceklerde depolamak için kullanılan sinirsel bir mekanizmanın insan beyninde meydana gelenlere son derece benzer olduğunun düşünüldüğünü söyledi.
Hafıza, elbette, insan olmanın ne anlama geldiğinin özüdür.

Bazen, bir partide bir yabancının yüzünü gördüğümüzde ve ertesi gün hatırlayamadığımızda olduğu gibi, anılar kısa ömürlüdür. Beyindeki basit bir biyokimyasal değişiklik, birkaç dakikadan birkaç saate kadar bizimle olan daha kısa süreli anılar yaratır, dedi.

Bununla birlikte, daha uzun süreli anılar, özellikle beyin güçlü bir olaya – bir araba kazası, bir çocuğun doğumu, birinin şok edici bir haber öğrendiği an – duyarlı hale geldiğinde, beynin devrelerini silinmez bir şekilde kodlayan tüm inşaat ekibini ortaya çıkarır.

Puthanveettil, beynin bunu nasıl başardığının yeterince anlaşılmadığını ve şimdi bile hafızayı oluşturan hücresel yapı taşlarını tam olarak çözmek için çok daha fazla araştırma yapılması gerektiğini söyledi.

Soma ve sinaps arasında hareket eden malzeme, insan hücrelerinin işlev görmesine ve görevleri yerine getirmesine izin veren süreçlerin ve kimyasal reaksiyonların birçoğunu yönlendiren çok önemli işgücü olan çok sayıda protein içerir.

Puthanveettil, diğer hücresel materyallerin de zamanla değişebileceğini söyledi. Ama bu gelecekteki araştırmaların konusu olacak.

Bu hafıza ve öğrenme hakkında araştırma haberleri

Soyut

Kısa Süreli ve Uzun Süreli Duyarlılık, Aplysia’da Anterograd Taşıma Kompleksinin Kompozisyonunu Farklı Şekilde Değiştirir

Uzun süreli hafıza oluşumu, proteinlerin bir nöronun somasından distal sinaptik terminallerine anterograd taşınmasını gerektirir. Bu, yeni sinaptik bağlantıların geliştirilmesine ve mevcut olanların yeniden modellenmesine izin verir. Bununla birlikte, aktivite ve zamansal düzenlemeye yanıt olarak hangi proteinlerin sinapslara taşındığını henüz bilmiyoruz.

Burada, kantitatif kütle spektrometrisi kullanarak, öğrenmeyle düzenlenen bir moleküler motor protein kinesin’in anterograd protein kargolarının profilini çıkardık. [Aplysia kinesin heavy chain 1 (ApKHC1)] kısa vadeli hassaslaşma (STS) ve uzun vadeli hassaslaşmayı (LTS) takiben Aplysia californica.

Sonuçlarımız, hem STS hem de LTS’yi takiben ApKHC1 ile ilişkili spesifik proteinlerin zenginleştirilmesinin yanı sıra LTS eğitiminin 1 ve 3 saati içindeki geçici değişiklikleri ortaya koymaktadır.

ApKHC1 kompleksinde zenginleştirilmiş önemli sayıda protein, sinaptik işleve katılır ve bazıları eğitim koşullarında her yerde zenginleştirilirken, birkaçı belirli eğitime yanıt olarak zenginleştirilir. Örneğin, sinaptotagmin-1, dinamin-1 ve kalmodulin gibi yeni sinaps oluşumuna yardımcı olan faktörler, LTS’den 1 saat sonra anterograd komplekslerde diferansiyel olarak zenginleştirilir ancak LTS’den 3 saat sonra tükenir.

Sırasıyla aktin filament stabilizasyonu ve vezikül taşınmasında işlev gören gelsolin benzeri protein 2 ve sec23A/sec24A dahil olmak üzere proteinler, LTS’den 3 saat sonra kargolarda zenginleştirilir.

Bu sonuçlar, anterograd taşıma komplekslerinin bileşiminin, deneyime bağlı spesifik değişikliklere uğradığını ve öğrenme sırasında soma ve sinaps arasındaki iletişimdeki dinamik değişiklikleri aydınlattığını ortaya koymaktadır.