Wie verfolgt das Gehirn ähnliche, aber eindeutige Erinnerungen?

Als wir feststellen, dass wir uns an einem Montagmorgen als erstes über den Kopf schütteln, versuchen wir uns zu erinnern, wo wir die Autoschlüssel stecken, ist keine unübliche Frustration. Wenn diese Schlüssel schließlich gefunden werden, haben wir dem Hippocampus zu danken.
Der Hippocampus ist eine Region im Gehirn, die für das Speichern und Abrufen von Erinnerungen an verschiedene Orte verantwortlich ist, einschließlich der ungewöhnlichen Stelle, an der sich diese Autoschlüssel versteckten.
Forscher des Salk Institute for Biological Sciences haben herausgefunden, wie das Gehirn Daten aus all den erstaunlich reichen und komplexen Umgebungen, in denen wir jeden Tag navigieren, speichern und abrufen kann.
Fred H. Gage und sein Team haben herausgefunden, wie Gyrus dentatus, eine Unterregion des Hippocampus, hilft, die Erinnerungen an ähnliche, aber unterschiedliche Ereignisse und Umgebungen getrennt zu speichern. Sie berichteten ihre Ergebnisse in eLife, Ausgabe vom 20. März 2013.

Ihre Erkenntnisse, die uns ein besseres Verständnis davon vermitteln, wie das Gehirn zwischen unterschiedlichen Erinnerungen speichert und unterscheidet, können Experten helfen, herauszufinden, wie Alzheimer und andere neurodegenerative Erkrankungen diese Fähigkeiten untergraben.

Der Hippocampus (von unten gesehen) hat zwei Hauptteile: den Dentate Gyrus und das Ammon Horn
Fred Gage, leitender Autor des Artikels und der Vi und John Adler Lehrstuhl für Forschung über altersbedingte neurodegenerative Erkrankungen bei Salk, sagten:

"Jeden Tag müssen wir uns an subtile Unterschiede zwischen dem, was heute ist, und dem, was sie gestern waren, erinnern, von wo wir unser Auto bis zu unserem Handy abgestellt haben. Wir fanden heraus, wie das Gehirn diese Unterschiede macht, indem wir getrennte" Aufnahmen "von jede Umgebung im Gyrus dentatus. "

Was ist "Mustertrennung"?

Mustertrennung ist der Prozess, komplexe Erinnerungen aufzunehmen und sie in Darstellungen zu verwandeln, die weniger durcheinander gebracht werden können.

• Was sollte in der Theorie passieren? - Nach computergestützten Modellen der Gehirnfunktion hilft der Gyrus dentatus dem Menschen, die Musterung des Gedächtnisses zu lösen, indem er verschiedene Gruppen von Neuronen auslöst, wenn sich ein Tier in verschiedenen Umgebungen befindet.


• Was passiert in Laborexperimenten? - Frühere Laboruntersuchungen zeigten jedoch, dass die gleichen Neuronenpopulationen im Gyrus dentatus in verschiedenen Umgebungen aktiv sind. Sie unterscheiden neue Umgebungen, indem sie die Geschwindigkeit ändern, mit der elektrische Impulse gesendet werden.

Diese Diskrepanz zwischen theoretischen Vorhersagen (welche Berechnungsmodelle nahelegen) und Laborexperimenten hat Neurowissenschaftler verblüfft und es viel schwieriger gemacht, Gedächtnisbildung und -retrieval zu verstehen.
Gage und Team wollten dieser Diskrepanz auf den Grund gehen. Sie verglichen, wie der Gyrus dentatus einer Maus im Vergleich zu CA1, einer anderen Region des Hippocampus, funktionierte. Sie verfolgten die Aktivität von Neuronen zu verschiedenen Zeitpunkten unter Verwendung von Labortechniken.

• Episode 1 - Die Wissenschaftler entfernten die Mäuse aus ihrer ursprünglichen Kammer und platzierten sie in eine neue, damit sie etwas über eine neue Umgebung lernen konnten. Sie zeichneten auf, welche Neuronen im Hippocampus aktiv waren, während die Mäuse auf ihre neue Umgebung reagierten. Die Mäuse wurden dann in ihre ursprüngliche Kammer zurückgebracht.


• Episode 2 - Später waren die Mäuse entweder:
  - in dieselbe neue Kammer zurückgebracht und Ihr Erinnerungsvermögen wurde gemessen
  - in eine etwas andere Kammer als die neue gelegt, um Diskriminierung zu messen

Die Wissenschaftler beschrifteten auch die aktiven Markierungen in Episode 2, um zu bestimmen, ob die Neuronen, die in Episode 1 aktiviert worden waren, in gleicher Weise für den Abruf und die Unterscheidung winziger Unterschiede zwischen den beiden Umgebungen verwendet wurden.

Die Gyrus dentatus und CA1-Subregionen funktionierten unterschiedlich

Die Forscher fanden heraus, dass der Gyrus dentatus und die CA1-Unterregionen nicht gleich funktionierten, wenn sie die neurale Aktivität in Episode 1 und Episode 2 verglichen.

• In CA1 - Die gleichen Neuronen wurden in Episode 1 (Lernphase) und Episode 2 (wenn die Erinnerungen abgerufen wurden) aktiv.


• Der Gyrus dentatus - In Episode 1 und Episode 2 waren verschiedene Zellgruppen aktiv. Das Team fand auch heraus, dass verschiedene Zellen aktiv waren, wenn sie der etwas anderen neuen Kammer ausgesetzt waren.

Wei Deng, eine Postdoktorandin von Salk und erster Autor des Artikels, sagte: "Dieses Ergebnis stützt die Vorhersagen theoretischer Modelle, dass verschiedene Zellgruppen bei Exposition gegenüber ähnlichen, aber unterschiedlichen Umgebungen aktiviert werden. Dies steht im Gegensatz zu früheren Laborstudien , möglicherweise, weil sie verschiedene Subpopulationen von Neuronen im Gyrus dentatus betrachtet haben. "
Den Erkenntnissen der Salk-Forscher zufolge erinnern Erinnerungen an eine Erinnerung, wie die an jenem Montagmorgen, wenn wir uns daran erinnern, wo unsere Autoschlüssel sind, nicht immer dieselben Neuronen, die reaktiviert werden.
Die Autoren haben geschrieben:

"Wichtiger ist, dass die Ergebnisse zeigen, dass der Gyrus dentatus eine Mustertrennung durchführt, indem er verschiedene Zellpopulationen verwendet, um ähnliche, aber nicht identische Erinnerungen darzustellen. Die Ergebnisse helfen dabei, die Mechanismen der Gedächtnisbildung zu klären und Systeme zu beleuchten, die durch Verletzungen gestört sind Krankheiten des Nervensystems. "

Letztes Jahr berichteten MIT Forscher in der Zeitschrift Natur diese Erinnerungen befinden sich in bestimmten Gehirnzellen. Indem ein Mensch nur einen winzigen Bruchteil dieser Zellen aktiviert, kann er sich an ein ganzes Erinnerungsereignis erinnern. Dies würde erklären, warum wir zum Beispiel an Kindheitserinnerungen aus bestimmten Gerüchen erinnern können, die wir als Kind geliebt haben.
Geschrieben von Christian Nordqvist