Bilim insanları omuriliğin inanılmaz hafıza yeteneklerini keşfetti
RIKEN Beyin Bilimi Merkezi'ndeki araştırmacılar, omuriliğin, beyinden bağımsız motor öğrenmeye olanak tanıyan ve omurilik yaralanmaları için iyileşme tedavilerinde devrim yaratabilecek nöral mekanizmalarını keşfettiler.
Japonya'daki RIKEN Beyin Bilim Merkezi'ndeki Aya Takeoka ve ekibi, omurilikte beyinden bağımsız olarak motor öğrenmeyi kolaylaştıran nöral yollar belirledi. Araştırmaları dergide yayınlandı Bilimler 11 Nisan'da omurilikte iki önemli nöron grubu bulundu; bunlardan biri yeni adaptif öğrenme için, diğeri ise öğrenilen adaptasyonları hatırlamak için gerekliydi. Bulgular, bilim adamlarının omurilik yaralanmasından sonra motor iyileşmesine yardımcı olacak yollar geliştirmelerine yardımcı olabilir.
Bilim adamları bir süredir omurilikten gelen motor çıktısının beyin olmadan bile pratik yoluyla değiştirilebileceğini biliyorlardı. Bu durum en çarpıcı biçimde, bacakları hala dış etkenlerden kaçınmak üzere eğitilebilen başsız böceklerde gösterilmiştir. Şimdiye kadar hiç kimse bunun nasıl gerçekleştiğine dair kesin bir anlayışa ulaşamadı ve bu anlayış olmasaydı, bu olay garip bir gerçekten başka bir şey olmazdı. Takeoka'nın açıkladığı gibi, “Sağlıklı insanlarda otomatik hareketin temellerini anlamak ve bu bilgiyi omurilik yaralanmasından sonra iyileşmeyi iyileştirmek için kullanmak istiyorsak, altta yatan mekanizmaya dair içgörü kazanmak çok önemlidir.”
Bu çalışmada, bir uzuv pozisyonunu hoş olmayan bir deneyimle ilişkilendiren omurilikler, sadece 10 dakika sonra uzuv pozisyonunu değiştirmeyi öğrendi ve ertesi gün hafızayı korudu. Rastgele rahatsızlık alan omurilikler öğrenemedi. Kredi bilgileri: Riken
Araştırmacılar, sinir devrelerine geçmeden önce, fare omuriliğinin hem öğrenme hem de hatırlama konusundaki adaptasyonunu, beyinden gelen bir girdi olmadan incelemelerine olanak tanıyan bir deney düzeneği geliştirdiler. Her testte bir deney faresi ve arka ayakları serbestçe sallanan bir kontrol faresi vardı. Eğer bir kobayın arka bacağı çok aşağı sallanırsa, elektrikle uyarılacak ve farenin kaçınmak isteyebileceği bir şeyi simüle edecek. Kontrol faresi aynı uyarıyı aynı anda aldı ancak arka bacak konumuyla ilişkilendirilmedi.
Geri bildirim anında öğrenme ve hafızada tutma
Yalnızca 10 dakika sonra motor öğrenmeyi yalnızca laboratuvar farelerinde gözlemlediler; Bacakları yüksekte tutularak herhangi bir elektriksel uyarıdan kaçınıldı. Bu sonuç, omuriliğin hoş olmayan bir duyguyu bacağın konumuyla ilişkilendirebildiğini ve beyne ihtiyaç duymadan motor çıktısını bacağın hoş olmayan duyguyu önleyecek şekilde uyarlayabildiğini gösterdi. Yirmi dört saat sonra 10 dakikalık testi tekrarladılar ancak deney ve kontrol farelerinde durum tersine döndü. Orijinal deney fareleri bacaklarını yukarıda tuttu; bu da omuriliğin önceki deneyimin anısını koruduğunu ve bunun da yeni öğrenmeyi engellediğini gösteriyor.
Omurilikte hem anlık öğrenmeyi hem de hafızayı tespit eden ekip, daha sonra her ikisini de mümkün kılan sinir devrelerini incelemeye koyuldu. Her biri farklı işlevsiz omurga nöronlarına sahip altı tip genetiği değiştirilmiş fare kullandılar ve bunları motor öğrenme ve öğrenmenin tersine çevrilmesi açısından test ettiler. Farelerin arka bacaklarının, omuriliğin tepesinde yer alan nöronları, özellikle de geni ifade edenleri etkisiz hale getirdikten sonra elektrik şoklarından kaçınmak için uyum sağlamadığını buldular.Ptf1a.
Tersine öğrenme sırasında fareleri incelediklerinde sesin susturulduğunu buldular Ptf1aNöronların ifadesinin hiçbir etkisi olmadı. Bunun yerine, omuriliğin alt ventral kısmında, şunu ifade eden bir grup nöron vardır: Tr1 Gen çok önemliydi. Kaçınmayı öğrendikten sonraki gün bu nöronlar susturulduğunda, omurilikler sanki hiçbir şey öğrenmemiş gibi davrandı. Araştırmacılar ayrıca ikinci günde ilk öğrenme koşullarını tekrarlayarak hafızanın hatırlanmasını değerlendirdiler. Yabani tip farelerde, arka bacaklarının, kaçınma pozisyonuna ilk güne göre daha hızlı ulaşacak şekilde stabilize olduğunu ve bunun hafızanın geri kazanıldığını gösterdiğini bulmuşlardır. canlandırmak Tr1 Geri çağırma sırasında nöronlar bu hızı %80 oranında arttırdı, bu da motor hatırlamanın arttığını gösteriyor.
Takeoka, “Bu bulgular, yalnızca motor öğrenmenin ve hafızanın beyin devreleriyle sınırlı olduğu yönündeki yaygın düşünceye meydan okumakla kalmıyor, aynı zamanda omurilik motorunun geri alınmasını manipüle edebildiğimizi de gösterdik; bu da, omurilik sonrası iyileşmeyi iyileştirmek için tasarlanmış tedaviler için anlamlar içeriyor” diyor. . Halat hasarı.”
Referans: Simone Lavaud, Charlotte Bishara, Mattia Dandola, Shu Hao Yeh ve Aya Takeoka, 11 Nisan 2024, “Spinal sensörimotor adaptasyonunun edinilmesini ve geri alınmasını iki sınıf inhibitör nöron yönetir”, Bilimler.
doi: 10.1126/science.adf6801
