存在记忆的涡轮增压器发现老鼠的脑细胞

科学家早已知道,学习需要的钙的脑细胞。但是哥伦比亚Zuckerman研究所的研究人员已经发现洪水来自神经元内钙还可以促进学习。发现出现在研究老鼠记得他们探索新的地方。

今天发表在科学,新的研究并不建议你应该喝更多的水钙丰富的牛奶,数学课。它提供了一个更好的理解的基础学习和记忆的机制:知识可以帮助阐明疾病如阿尔茨海默氏症。

“细胞我们研究在这个新的工作在海马体中,第一个区域的大脑受到阿尔茨海默氏症,”弗兰克Polleux说,博士,哥伦比亚大学Zuckerman研究所首席研究员。“了解基本原则什么使这些大脑细胞为记忆编码将提供巨大的见解是什么地方出错了这种疾病。”

大脑的学习能力和记得每一件事从我们的第一个单词和步骤,我们停在我们的车或左keys-depends缺口上神经元互相连接,称为突触。通过细胞突触,交换信息,可以修改。这种可塑性的经验,被称为可塑性,依赖于如何钙离子大脑内流。

几乎所有研究的部分钙在可塑性都集中在如何冲的通过通道表面的神经元突触。二十多年来,科学家们怀疑神经元内钙储备也可能发挥重要作用在塑造可塑性。但直到现在,科学家没有办法调查的影响钙解除这些内部水库在哺乳动物大脑。

“很长一段时间,没有好的工具真的探测细胞内钙释放在一种有生命的动物,”说,博士后研究人员和第一作者贾斯汀O ' hare,博士,Polleux实验室,实验室的匈奴王Losonczy,医学博士,博士,哥伦比亚大学的扎克曼研究所。

在老鼠的新研究,Polleux实验室和Losonczy实验室集中在海马,海马形状区域的大脑记忆中心。具体来说,科学家们分析了金字塔形状的神经元可以编码记忆的位置的地方细胞,海马地区称为CA1。

“位置细胞的一个关键工具,我们不仅创造世界地图也一个地方的东西联系起来,如奖励、颜色、气味,任何东西,”Polleux博士说,他也是一个哥伦比亚大学的神经科学教授瓦大学的内科医生和外科医生。“最大的问题是,这些细胞是如何这么做?”

要回答这个问题,研究人员有老鼠在跑步机上运行皮带由三种不同的面料和装饰着亮片,毛茸茸的绒球和其他装饰品。这些装饰提供了视觉和触觉感官暗示腰带上的特定的地方。细胞在这些老鼠的大脑被转基因在应对激光开关,被称为光遗传学技术。这使得研究人员调整这些地方细胞上特定点腰带。

内细胞,研究人员专注于一个叫做Pdzd8基因。它编码一个蛋白质,通常有助于限制钙释放从内质网(ER),一个复杂的管道网络内的细胞。

“呃存储大量的钙,“Polleux博士说。“这就像所有细胞内钙炸弹。”

研究人员Pdzd8删除。这个删除删除刹车钙释放ER。科学家们接下来寻找变化的活动地方细胞在细胞的中央机构及其树突,树枝状细胞接收信号从其他细胞。

“任何一个我们用来执行这些实验的技术是很困难的。结合他们只是坚果”,Polleux博士说。“这可能是最具挑战性的一个集走出我的实验室的实验,这永远都不会发生没有深与Losonczy实验室合作,难以置信的实验和分析人才贾斯汀O ' hare博士。”

科学家发现,增加一个细胞内钙释放显著扩大的区域协调,增加的大小位置它帮助一只老鼠记住。增加细胞内钙释放也大大增加了一个细胞的时间适应一个特定的位置。

“细胞内钙释放可以像可塑性的涡轮增压器,“Polleux博士说。“我们发现这也使得地方细胞甚至如果不受控制的稳定。”

科学家们还发现,在每个金字塔的顶端神经元树突CA1通常都调到不同的地方。增加这些神经元内钙释放帮助调的许多树突的顶点在一个地方学习,但不影响神经元树突的底部。发现的所有组件的这些变化极其复杂的神经元学习可以帮助研究人员解读这些细胞是如何工作的。

“树突一直怀疑函数作为“cells-within-cells”,可以独立工作,或者在需要的时候,在一起提高单一神经元的计算能力,“Losonczy博士说。不仅“我们的研究表明,这确实是这样,但它也提供了一个分子如何树突合作监管机制在大脑行为。”

“每个潜在的地方细胞可能收到成千上万的输入携带的信息空间,”O ' hare博士说。“如果你考虑所有这些复杂性,您可以欣赏,即使单个神经元在大脑中基本上是就像一台超级计算机。”

未来的研究可以探讨删除Pdzd8对行为的影响。“最近的一篇论文出来第一次发现突变在人类,Pdzd8”Polleux博士说。“携带这些突变的个体有严重的学习和记忆缺陷,对大脑是多么重要。”

奥黑尔博士和他的同事们正在调查发生了什么CA1在阿尔茨海默病小鼠模型。

“发生了什么地方细胞这种疾病的进展吗?但我们仍然不知道,”O ' hare博士说。“理解赋予的基本原则地方的细胞海马的编码记忆的能力,可能对我们有巨大的影响的理解是什么地方出错了这种疾病。然后我们可以想想可能转化为新的疗法。”