Minnen är inte statiska i hjärnan – de ”driver” över tiden

Minnen från platser ”drift” över hjärnan när de bärs av olika uppsättningar av neuroner över tid, antyder en ny studie på möss.
Historiskt sett trodde neurovetenskapsmän att minnen från platser och funktioner i vår omedelbara miljö kodades av specifika ”placera celler. ”Dessa platsceller, belägna i ett nyckelminnescenter som kallas hippocampuständas när ett däggdjur kommer in i den specifika miljön de motsvarar – säger, dörren till ett hem eller ett vattenfall på en vandringsled. Man trodde att aktiveringen av dessa platsceller fungerade som en slags karta i hjärnan genom att kodande varaktiga minnen från specifika platser samt möjliggöra navigering.
”När vi går tillbaka till 1960- och 1970 -talet trodde vi i princip det [spatial] Minnen kodades av specifika neuroner i hjärnan, säger Senior Study Author Daniel Dombeckprofessor och huvudutredare för neurobiologi vid Northwestern University. ”Det var tanken i troligen 30, 40 år – tills för cirka tio år sedan.”
2013, ett papper i tidskriften Natur neurovetenskap Rörde en del kontroverser och ”blåste allas sinne”, sa Dombeck. Studien använde nyare tekniker för att undersöka celler i musens hippocampus, vilket avslöjade att hjärnans representation av platser inte var nästan lika konsekvent som en gång trodde. Vissa celler återaktiverades konsekvent när möss återfördes till en labyrint om och om igen, men totalt sett fluktuerade gruppen aktiva neuroner. I stället för att vara en statisk ”mental karta” förändrades dessa rumsliga representationer under det veckolånga experimentet.
Detta fenomen blev känt som ”hippocampal representation drift”, men idén mötte lite pushback. Vissa forskare undrade om förändringarna i hjärnaktiviteten faktiskt var relaterade till förändringar i mössens miljöer – kanske lukten eller ljuden i labyrinten skilde sig mellan omgångarna i experimentet, eller gnagarna rörde sig genom labyrinten långsammare eller snabbt i en given omgång.
I deras nya studie, publicerad onsdag (23 juli) i tidskriften NaturDombeck och hans team avsåg att kontrollera dessa orubbliga variabler, och de gjorde det Använda virtuell verklighet och ett litet löpband.
Släkt: Kan din hjärna ta slut på minnet?
I varje omgång av experimentet placerades mössen på ett löpband omgiven av skärmar. Akin till en videospelkontroller fungerade löpbandet som en ledning för mössen för att utforska en virtuell labyrint, som var exakt densamma varje gång. Teamet kunde sedan direkt jämföra försöken där mössen körde samma hastighet och därmed eliminera den variationen.
Dessutom placerades en kon över varje gnagares näsa för att pumpa i samma doft under varje omgång, och vitt brus spelades i bakgrunden för att normalisera hörsellandskapet.
När mössen navigerade den virtuella labyrinten övervakade forskarna aktiviteten hos deras hippocampalceller i realtid. De gjorde detta genom att öppna ett fysiskt fönster i hjärnan och introducera ett ämne som glödde när hjärncellerna aktiverades. De kunde sedan övervaka denna glöd under ett mikroskop. Denna inställning begränsar inte labbmöss livslängd, så att de kan köra experimentet om och om igen under studiens gång, konstaterade Dombeck.
Genom att kontrollera miljön så tätt, ”Jag var säker på att vi skulle minska denna representativa drift”, sa han till Live Science. ”Jag var säker på att minnet skulle se mer stabilt ut över dagar – och det var inte vad vi hittade.”
Teamet observerade att endast en liten delmängd av celler – cirka 5% till 10% av de registrerade – uppförde sig som konventionella platsceller och tände konsekvent i varje omgång. Dessa stabila celler var också de mest exciterbara övergripande, vilket innebär att de var mer benägna att skjuta som svar på en stimulans. I själva verket kunde teamet förutsäga vilka celler som var minst troliga att driva baserat på deras nivå av excitabilitet. Samtidigt var de mindre exciterbara cellerna mycket mer benägna att driva.
Så varför inträffar denna drift? ”Det kan vara en mekanism som hjärnan använder för att separera mycket liknande upplevelser i diskreta enskilda minnen så att vi kunde komma åt dem separat senare,” föreslog Dombeck. Så även om du kan återvända till en plats upprepade gånger – arbete, skola eller en favoritpark – kan du ändå skilja de olika besöken i ditt sinne.
Med andra ord kan driften vara ett sätt för hjärnan att spåra tidens gång, sade han.
Dombeck misstänker att denna typ av drift påverkar episodiska minneni allmänhet, som handlar om specifika personliga upplevelser som ägde rum på vissa platser och tider. Andra typer av minne – till exempel motorminnenom lärda rörelsefärdigheter – kan representeras annorlunda i hjärnan.
Studien hade några begränsningar. För det första fångade den hjärninspelningsmetoden som användes i studien endast en bråkdel av cellerna i musens hippocampus-kanske 1% av dess hundratusentals neuroner. Men baserat på tidigare studier misstänker teamet liknande processer förekommer över hippocampus.
Dessutom är forskning på möss inte garanterat att tillämpas på människor. Men Dombeck sa att han skulle förvänta sig att de processer som observerats i denna musstudie skulle vara ”ganska lika” med de som utvecklas i den mänskliga hippocampus. Eftersom celler i hippocampus blir mindre spännande med åldern, kan det vara så att minnet förvärras med åldern delvis eftersom de få stabila cellerna i kärnan i våra minnen förlorar excitabilitet, föreslog Dombeck.
”Om vi på något sätt kunde finjustera våra neurons excitabilitet eller upprätthålla den excitabiliteten över tid, kan vi förmodligen upprätthålla minnet,” spekulerade Dombeck. Men den idén kommer att behöva säkerhetskopieras med ytterligare forskning.