Επανακαλωδίωση εγκεφάλου: Ο νευρωνικός κώδικας για τραυματικές αναμνήσεις

περίληψη: Ξετυλίγοντας το νευρικό παζλ του σχηματισμού τραυματικής μνήμης, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν καινοτόμες μεθοδολογίες οπτικής και μηχανικής μάθησης για να αποκωδικοποιήσουν τα νευρωνικά δίκτυα στον εγκέφαλο που λειτουργούν κατά τη δημιουργία μιας τραυματικής μνήμης.

Η ομάδα εντόπισε έναν νευρωνικό πληθυσμό που κωδικοποιεί τη μνήμη του φόβου, αποκαλύπτοντας την ταυτόχρονη ενεργοποίηση και τον κρίσιμο ρόλο του ραχιαίου έσω προμετωπιαίου φλοιού (dmPFC) στη συνειρμική ανάκτηση μνήμης φόβου σε ποντίκια.

Οι πρωτοποριακές αναλυτικές μέθοδοι, συμπεριλαμβανομένου του αλγόριθμου μηχανικής μάθησης «ελαστικού δικτύου», έχουν εντοπίσει συγκεκριμένους νευρώνες και τις λειτουργικές τους συνδέσεις μέσα στο χωρικό και λειτουργικό νευρωνικό δίκτυο της μνήμης φόβου.

Αυτή η κομβική μελέτη όχι μόνο αποδεικνύει την αρχή ότι οι μνήμες ενισχύονται μέσω βελτιωμένων νευρωνικών συνδέσεων, αλλά και πρωτοπόρος στην ενσωμάτωση της οπτικής και της μηχανικής μάθησης για την αποσαφήνιση της πολύπλοκης δυναμικής των νευρωνικών δικτύων.

Βασικά στοιχεία:

1. Καινοτομία στη μεθοδολογία: Η έρευνα χρησιμοποίησε μια νέα μέθοδο που συνδυάζει οπτικές μεθόδους και μηχανική μάθηση για να εντοπίσει τους συγκεκριμένους νευρώνες που κωδικοποιούν τη μνήμη του φόβου.
2. Νευρωνικό δίκτυο φόβου: Η μελέτη ανακάλυψε έναν νευρωνικό πληθυσμό που κωδικοποιεί τη μνήμη φόβου, δημιουργώντας ένα νευρωνικό δίκτυο μνήμης φόβου με νευρώνες «κόμβου» που συνδέουν λειτουργικά τους νευρώνες μνήμης.
3. Συνδυαστική διαμόρφωση μνήμης: Ανακαλύφθηκε η δημιουργία μιας νέας διασύνδεσης μεταξύ διαφορετικών δικτύων (δίκτυα ερεθισμάτων υπό συνθήκες και χωρίς όρους), υποδηλώνοντας μια νέα κατανόηση της επεξεργασίας πληροφοριών που οδηγεί στην απόκριση του φόβου.

πηγή: Ninz

Οι επιστήμονες έχουν εδώ και καιρό εικασίες για τις φυσικές αλλαγές που συμβαίνουν στον εγκέφαλο όταν σχηματίζεται μια νέα μνήμη. Τώρα, έρευνα που διεξήχθη από το Εθνικό Ινστιτούτο Φυσιολογικών Επιστημών (NIPS) έχει ρίξει φως σε αυτό το ενδιαφέρον νευρολογικό μυστήριο.

Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο επικοινωνίες με τη φύση, Η ερευνητική ομάδα πέτυχε να ανακαλύψει τα νευρωνικά δίκτυα του εγκεφάλου που εμπλέκονται στην τραυματική μνήμη χρησιμοποιώντας μια νέα μέθοδο που συνδυάζει οπτικές μεθόδους και μηχανική μάθηση, καταγράφοντας τις περίπλοκες αλλαγές που συμβαίνουν κατά τον σχηματισμό της μνήμης και αποκαλύπτοντας τους μηχανισμούς με τους οποίους δημιουργούνται οι τραυματικές αναμνήσεις. .

Τα ζώα μαθαίνουν να προσαρμόζονται στα μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα για να επιβιώσουν. Η συνειρμική μάθηση, η οποία περιλαμβάνει την κλασική προετοιμασία, είναι ένας από τους απλούστερους τύπους μάθησης και έχει μελετηθεί εκτενώς τον περασμένο αιώνα.

Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, οι τεχνικές πρόοδοι στις μοριακές, γενετικές και οπτογενετικές προσεγγίσεις κατέστησαν δυνατό τον εντοπισμό περιοχών του εγκεφάλου και συγκεκριμένων ομάδων νευρώνων που ελέγχουν το σχηματισμό και την ανάκτηση νέων συνειρμικών αναμνήσεων. Για παράδειγμα, το ραχιαίο τμήμα του έσω προμετωπιαίου φλοιού (dmPFC) είναι κρίσιμο για τη συνειρμική ανάκτηση μνήμης φόβου στα τρωκτικά.

Ωστόσο, ο τρόπος με τον οποίο οι νευρώνες σε αυτήν την περιοχή κωδικοποιούν και ανακτούν τη συσχετιστική μνήμη δεν είναι καλά κατανοητός, κάτι που στοχεύει να αντιμετωπίσει η ερευνητική ομάδα.

«Το dmPFC δείχνει συγκεκριμένη νευρική ενεργοποίηση και συγχρονισμό κατά την ανάκτηση της μνήμης φόβου και προκαλεί αντιδράσεις φόβου, όπως πάγωμα και επιβράδυνση του καρδιακού ρυθμού», εξηγεί ο επικεφαλής συγγραφέας Masakazu Agitsuma.

“Η τεχνητή σίγαση του dmPFC στα ποντίκια οδήγησε σε καταστολή των απαντήσεων φόβου, υποδηλώνοντας ότι αυτή η περιοχή απαιτείται για τη συνειρμική ανάκληση της μνήμης φόβου. Δεδομένης της σύνδεσής της με τα εγκεφαλικά συστήματα που εμπλέκονται στη μάθηση και τις σχετικές ψυχιατρικές ασθένειες, θέλαμε να διερευνήσουμε πώς αλλάζει το dmPFC ρυθμίζουν ειδικά τις πληροφορίες μνήμης.» Νέος συνδετικισμός.

Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε διαμήκη απεικόνιση δύο φωτονίων και διάφορες τεχνικές υπολογιστικής νευροεπιστήμης για να προσδιορίσει πώς αλλάζει η νευρική δραστηριότητα στον προμετωπιαίο φλοιό του ποντικιού μετά την εκμάθηση ενός παραδείγματος ρύθμισης του φόβου.

Οι μετωπικοί νευρώνες συμπεριφέρονται με πολύ περίπλοκο τρόπο και κάθε νευρώνας ανταποκρίνεται σε διάφορα αισθητήρια και κινητικά συμβάντα. Για να αντιμετωπίσει αυτή την πολυπλοκότητα, η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια νέα αναλυτική μέθοδο που βασίζεται στο «ελαστικό δίκτυο», έναν αλγόριθμο μηχανικής μάθησης, για τον εντοπισμό των συγκεκριμένων νευρώνων που κωδικοποιούν τη μνήμη του φόβου.

Ανέλυσαν επίσης τη χωρική διάταξη και τη λειτουργική συνδεσιμότητα των νευρώνων χρησιμοποιώντας γραφική μοντελοποίηση.

«Καταφέραμε να ανακαλύψουμε έναν νευρωνικό πληθυσμό που κωδικοποιεί τη μνήμη του φόβου», λέει ο Ajitsuma. «Οι αναλύσεις μας έδειξαν ότι η προετοιμασία του φόβου προκάλεσε το σχηματισμό ενός νευρωνικού δικτύου μνήμης φόβου με νευρώνες κόμβου που συνδέουν λειτουργικά τους νευρώνες μνήμης».

Είναι σημαντικό ότι οι ερευνητές αποκάλυψαν άμεσες ενδείξεις ότι ο σχηματισμός συνειρμικής μνήμης συνοδευόταν από μια νέα συσχετιστική σχέση μεταξύ αρχικά διακριτών δικτύων, δηλαδή του ρυθμισμένου δικτύου ερεθισμάτων (CS, π.χ. τόνος) και του δικτύου χωρίς όρους ερεθίσματος (ΗΠΑ, π.χ., εμπειρία φόβου).

«Προτείνουμε ότι αυτή η σύνδεση που ανακαλύφθηκε πρόσφατα μπορεί να διευκολύνει την επεξεργασία πληροφοριών προκαλώντας την απόκριση φόβου (CR) στο CS (δηλαδή, ένα νευρωνικό δίκτυο για τη μετατροπή του CS σε CR).»

Από καιρό πιστευόταν ότι οι μνήμες σχηματίζονται με την παγίωση των νευρικών συνδέσεων, οι οποίες ενισχύονται από την επαναλαμβανόμενη ενεργοποίηση ομάδων νευρώνων. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης, τα οποία βασίστηκαν σε πραγματικές παρατηρήσεις και ανάλυση βάσει μοντέλων, το υποστηρίζουν.

Επιπλέον, η μελέτη δείχνει πώς οι συνδυασμένες μέθοδοι (οπτική και μηχανική μάθηση) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απεικόνιση της δυναμικής των νευρωνικών δικτύων με μεγάλη λεπτομέρεια. Αυτές οι τεχνικές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποκάλυψη πρόσθετων πληροφοριών σχετικά με νευρικές αλλαγές που σχετίζονται με τη μάθηση και τη μνήμη.

Σχετικά με τις ειδήσεις για το PTSD και τις νευροεπιστήμες

συγγραφέας: Χαγιάο Κιμούρα
πηγή: Ninz
επικοινωνία: Hayao Kimura – Nine
εικόνα: Η εικόνα πιστώθηκε στο Neuroscience News

Αρχική αναζήτηση: Ανοιχτή πρόσβαση.
“Οργάνωση εξαρτώμενης από τη δραστηριότητα δικτύων προμετωπιαίου άξονα για συνειρμική μάθηση και μεταγωγή σήματος«Από τους Masakazu Agitsuma et al. Επικοινωνίες για τη φύση

μια περίληψη

Οργάνωση εξαρτώμενης από τη δραστηριότητα δικτύων προμετωπιαίου άξονα για συνειρμική μάθηση και μεταγωγή σήματος

Η συνειρμική μάθηση είναι ζωτικής σημασίας για την προσαρμογή στις περιβαλλοντικές αλλαγές. Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ νευρωνικών πληθυσμών που περιλαμβάνουν τον ραχιαίο προμετωπιαίο φλοιό (dmPFC) προτείνονται για τη ρύθμιση της συνειρμικής μάθησης, αλλά ο τρόπος με τον οποίο αυτοί οι νευρωνικοί πληθυσμοί αποθηκεύουν και επεξεργάζονται πληροφορίες σχετικά με τη συσχέτιση παραμένει ασαφές.

Εδώ αναπτύξαμε μια διοχέτευση για διαμήκη απεικόνιση δύο φωτονίων και υπολογιστική ανατομή των δραστηριοτήτων νευρωνικού πληθυσμού στο αρσενικό ποντίκι dmPFC κατά τη διάρκεια διαδικασιών προετοιμασίας φόβου, επιτρέποντάς μας να ανιχνεύσουμε αλλαγές που εξαρτώνται από τη μάθηση στην τοπολογία του δικτύου dmPFC.

Χρησιμοποιώντας μεθόδους συστηματικής παλινδρόμησης και γραφική μοντελοποίηση, διαπιστώσαμε ότι η προετοιμασία του φόβου προκάλεσε αναδιοργάνωση dmPFC για να δημιουργήσει έναν νευρωνικό πληθυσμό που κωδικοποιεί εξαρτημένες αποκρίσεις (CR) που χαρακτηρίζεται από ενισχυμένη εγγενή αντιδραστικότητα, λειτουργική συνδεσιμότητα και συσχέτιση με εξαρτημένα ερεθίσματα (CS).

Είναι σημαντικό ότι οι νευρώνες που ανταποκρίθηκαν έντονα σε ερεθίσματα χωρίς όρους κατά τη διάρκεια της προετοιμασίας έγιναν στη συνέχεια κόμβοι αυτού του νέου συσχετιστικού δικτύου για τη μετάβαση από CS σε CR.

Συνολικά, δείχνουμε δυναμική, εξαρτώμενη από τη μάθηση διαμόρφωση της κωδικοποίησης πληθυσμού με βάση τη διαμόρφωση που εξαρτάται από τη δραστηριότητα του αξονικού δικτύου εντός του dmPFC.