Neurologi Reprogramarea GPS creierului folosind fascicule laser

Neurologii de la University College London (UCL) au folosit fascicule laser pentru a „transforma” neuronii în șoareci, oferind noi informații despre funcționarea latentă a memoriei și arătând modul în care amintirile stau la baza sistemului GPS intern al creierului.

Studiul, publicat în jurnal Celula, explică modul în care cercetătorii au valorificat o abordare „complet optică” folosind lasere gemene pentru a citi și scrie simultan activitatea „plasează celula” (tip neuron) la șoareci, în timp ce navighează într-un mediu de realitate virtuală.

În mod uimitor, prin stimularea locului celulelor, oamenii de știință au reușit să reactiveze (sau să restabilească) memoria unei locații de recompensă, care la rândul său a „teletransportat mental” șoarecii, determinându-i să acționeze de parcă ei ar fi cei care au fost recompensați unde.

Această nouă cercetare se bazează pe munca de pionierat a profesorului John O’Keefe (UCL Cell and Developmental Biology), care a câștigat Premiul Nobel în 2014 pentru descoperirea celulelor spațiale. Aceste celule se găsesc într-o regiune a creierului numită hipocampus și devin active doar atunci când un animal intră într-o anumită locație din mediu.

Se consideră că celulele de loc reprezintă o hartă cognitivă a mediului – cum ar fi GPS intern – și păstrează memoria locației. Noul studiu UCL este primul care demonstrează în mod direct că activitatea celulară a locului stă la baza capacității creierului de a naviga.

Rezultatele oferă o înțelegere mai profundă a modului în care sunt stocate amintirile, iar oamenii de știință UCL cred că descoperirile ne-ar putea ajuta în cele din urmă să dezvoltăm noi terapii pentru afecțiuni precum demența și demența. Alzheimer boală, care afectează memoria.

Primul autor Dr. Nick Robinson (UCL Wolfson Biomedical Research Institute): “Aceste rezultate oferă dovezi cauzale directe că șoarecii folosesc informațiile reprezentate de activitatea celulelor locale pentru a-și ghida comportamentul. Adică, celulele locului spun șoarecelui unde este așa, iar șoarecii „ascultă” celulele lor de loc atunci când iau decizii. Aceasta oferă noi informații despre modul în care sunt stocate amintirile în creier, precum și noi instrumente pentru manipularea acestor amintiri pentru a influența comportamentul . ”

El a adăugat: „Tulburările de memorie – ca în demență și Alzheimer – reprezintă un cost imens pentru societate. În cele din urmă, această lucrare poate duce la o mai bună înțelegere a acestor boli, precum și la noi ținte pentru intervenția terapeutică. “

Profesorul principal Michael Hausser (UCL Wolfson Institute of Biomedical Research) a spus: „Acest studiu este un schimbător de jocuri, deoarece arată că putem folosi activitatea de citire și scriere optică în neuroni specifici pentru a manipula amintirile, permițându-ne să înțelegem mai bine – și, eventual, îmbunătățirea – modul în care activitatea circuitului neuronal ne ajută să luăm decizii. ”

Studiul experimental a explicat

Cercetătorii de la UCL Wolfson Biomedical Research Institute au folosit o metodă puternică care combină două tehnologii revoluționare pentru utilizarea luminii pentru citirea și scrierea activității electrice în creier.

În primul rând, au conceput neuronii pentru a exprima senzori de calciu codați genetic, care permit celulelor să se lumineze atunci când sunt active. În al doilea rând, au exprimat proteine ​​„optogenetice” sensibile la lumină în aceiași neuroni, permițându-le să activeze celule specifice cu fascicule de lumină laser, vizate folosind holografie digitală (aceeași tehnologie ca și cea utilizată într-un spectacol de lumină laser) .

Prin combinarea acestor două tehnici, echipa ar putea înregistra și manipula activitatea în aceiași neuroni într-un creier de șoarece care navighează în realitatea virtuală.

Oamenii de știință UCL au folosit această metodă pentru a efectua activarea celulelor locului hipocampului la șoareci care navighează către o anumită locație din lumea virtuală pentru a colecta recompensa apei de zahăr. În primul rând, au înregistrat activitatea unui număr mare de celule ale locului hipocampic, identificându-le pe cele care erau active în mod specific în locația plină de satisfacții și care ar putea constitui astfel baza memoriei pentru acea locație. Apoi au folosit fascicule laser direcționate olografic pentru a activa aceste celule specifice de loc într-o locație diferită din lumea virtuală.

În mod remarcabil, stimularea celulară a fost suficientă pentru a restabili memoria locației recompensate, determinând mouse-ul să caute recompensa în noua locație. Adică, stimularea neuronilor este cu „teleportarea mentală” blândă a animalului, făcându-i să acționeze ca și când ar fi recompensați. Aceasta este prima demonstrație a modului în care activarea celulelor spațiale ne permite să recuperăm amintirile din mediul nostru și să ne ajute să navigăm.

Referință: 6 noiembrie 2020, Celula.
DOI: 10.1016 / j.cell.2020.09.061

Finanțarea pentru acest studiu a fost asigurată de Wellcome, Gatsby Charitable Foundation, Comisia Europeană, Institutul European de Biologie Moleculară, Consiliul de Cercetare Medicală și Consiliul European de Cercetare.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Materialul nou poate proteja mai bine soldații, sportivii și șoferii de șoc, impact și explozii

Soldații, sportivii și șoferii pot face viața mai sigură datorită unui nou proces care ar putea duce la o protecție mai eficientă și reutilizabilă...

A fost găsit cel mai vechi loc de înmormântare uman din Africa – un copil a fost îngropat în urmă cu 78.000 de ani

Vedere generală a zonei peșterii Panga ya Saidi. Observați săparea șanțului unde a fost deschisă înmormântarea. Credit: Muhammad Javad Shoaee Descoperirea celui mai...

Se preconizează că speciile non-native vor crește cu 36% în întreaga lume până în 2050

Gâscă egipteană (Alopochen aegyptiaca) originară din Africa și stabilită acum în Europa Centrală și de Vest. Credit: profesorul Tim Blackburn, UCL Se preconizează că...

Visele noastre pot fi ciudate

Această ilustrație reflectă supra-ipoteza creierului, care susține că calitatea redusă și halucinantă a viselor nu este o greșeală, ci o trăsătură particulară, deoarece ajută...

Newsletter

Subscribe to stay updated.