ساعت مغز که حافظه را به جریان می اندازد!

به گزارش بیگ بنگ، دانشمندان موسسه علوم مغز ریکن در ژاپن در مقاله ای جدید به این نکته اشاره کردند که چگونه نورون های ِ نشان دهنده ی محیط در مغز موش ها، تا به این حد سرِ وقت می مانند. هنگامی که موش محیط اطرافش را جهت یابی میکند، محدوده هیپوکامپ مرکزی که CA1 نام دارد، به موج هایِ ریتمیکِ ورودیِ نورونی نزدیک مناطق مغز تکیه کرده تا یک نقشه ی بروز رسانی شده از محیط اطرافش را تهیه کند. هنگامی که محققان ورودی CA3 در محدوده هیپوکامپ مغز جانور را خاموش کردند، نقشه های تازه در هم ترکیب شدند. در حالی که موش ها هنوز هم با این وضعیت جدید قادر بودند تا یک جهت یابی ساده را انجام دهند و سیگنال هایی از نورون های تکی برای بیان دقیق محیط پیرامونشان را دریافت کنند.

پژوهشگر ارشد توماس مک هوگ گفت:« آهنگ نورونی تغییر نکرد اما با خاموش کردن ورودی CA3 به CA1 در هیپوکامپ، ما از شر هدایت کننده خلاص شدیم.» مک هوگ و استیون میدلتون این را با استفاده از مهندسی ژنتیکی موش برای بیان یک عصب زهرآگین در CA3 که اتصالات سیناپسی را بین CA3 و بقیه نواحی مغز قطع میکند، انجام دادند. تمامی فعالیت نورونی محافظت شد اما روابط سیناپسی بی نشانه شدند که این موجب شد تا بتوانند اثر از بین بردن ورودی CA3 در ناحیه CA1 مغز را اندازه گیری کنند.

زمانی که موش به بالا و پایین می دوید، محققان نورون های جداگانه ای را که مانند جریان الکتریکی جمع شده ای از یک گروه بزرگتر نورون ها به نام پتانسیل های محلی بودند، ثبت کردند. این به آنها امکان داد، هر چرخه تتا را بین بازه زمانی که هیپوکامپ، نقشه نورونی خود از محیط را همزمان با حرکت موش بروز رسانی میکند، کنترل کنند. با مقایسه جداگانه و همگانی فعالیت ها در یک گروه موش نرمال و جهش یافته، آنها بالاخره یک دیدگاه تناقض آمیز را ارائه دادند. هنگامی که موش جهش یافته وارد محوطه شد، نورون های تکی به بروز رسانی فعالیتشان در وقفه ای هشت هرتزی که به عنوان فاز تقدم چرخه تتا شناخته میشود، ادامه یافت.

مک هوگ گفت: « بدون ورودی CA3 در مغز هیچ سازمانی از سیگنال های نورونی در امتداد چرخه تتا برای توضیح مکانی که موش قبلا در آن بوده یا به آن می رفت، وجود نداشت.» کشف نقشه ذهنی محیط در هیپوکامپ در سال ۲۰۱۴ برنده جایزه نوبل در شاخه فیزیولوژی و پزشکی را به خود اختصاص داد، اما اتصالات مداری دسته جمعی از سلول های محلی، که برای پروسه حافظه هم استفاده میشوند و چگونگی بروز رسانی آنها در زمان ِ واقعی شناخته شده نبود. بدون ورودی CA3، حدسی دقیق از مکان محیطی کد نورونهای دسته جمعی ناممکن خواهد بود. با این اوصاف موش هنوز میداند که کجاست اما مشکلات کوچکی در نمایش محیط نورون های جداگانه و بدون CA3 جهت دهندهِ CA1، به وجود می آید.

مک هوگ میگوید:« اگر نورون ها در ادامه فعال نشوند شما نمیتوانید خاطرات را در امتداد زمان مرتب دریافت کنید. در موش ها یا انسان ها شما به یک تشکیلات موقتی نیاز دارید تا از مکانی به مکان دیگر بروید، تصمیم بگیرید و به هدفهایتان دست یابید. اگر خاموش کردن ناحیه CA3 در مغز انسان ها ممکن بود، خاطرات به درد نخور در هم ترکیب می شدند.» پروژه دیگری با همین آزمایش موش ها انجام شده که اشاره به یک نقش جدید برای نورون های CA3 در مرتب کردن اطلاعات در طی خواب دارد که پروسه ای لازم برای حافظه طولانی مدت در مغز است.

در حالی که نورون های تکی هیپوکامپی به فعالیت ادامه می دهند، این مطالعه نشان میدهد که ارکستر نورونی نیازمند یک ورودی CA3 در مغز برای عمل بعنوان رهبر و راهنما میباشد. این بدین معناست که استراتژی های مختلف کد کردن نورونی، جدا شده اند، اما در مغز به هم وابسته هستند. به احتمال زیاد کاهشی چشمگیر در نوسان های وابسته به ارتباط CA3 به CA1 در مغز مشاهده شده است. شکستگی های این نوسان در رِنج بیماری های مختلفی از شیزوفرنی تا آلزایمر شناسایی شده اند و فهمیدن عمیق تر اینکه چگونه این ریتم های مغزی اطلاعات را مرتب میکنند، ممکن است راهی روشن برای مکانیسم های مداری اینگونه بیماری ها را باز گشاید. جزئیات بیشتر این پژوهش در ۳۰ می در مجله نوروساینس Nature منتشر شده است.