Нейрондық жадыны бөлу - Neuronal memory allocation

Жадты бөлу қандай нақты екенін анықтайтын процесс синапстар және нейрондар нейрондық желіде берілген жадты сақтайды.[1][2][3] Бірнеше нейрон тітіркендіргішті қабылдай алатынына қарамастан, нейрондардың тек бір бөлігі ғана жадыны кодтауға қажетті икемділікті тудырады. Нейрондардың осы жиынтығын таңдау аяқталады нейрондардың бөлінуі. Сол сияқты, бірнеше синапстарды берілгендер жиынтығымен белсендіруге болады, бірақ нақты механизмдер жадты кодтауға қай синапстардың баратынын анықтайды және бұл процесс деп аталады синапстық бөлу. Жадының бөлінуін алғаш бүйірлік амигдалада анықтады Шин Хосселин және әріптестер Альцино Дж. Сильва зертхана.[4]

Нейрондық деңгейде қозғыштығы жоғары жасушалар (мысалы, баяу гиперполяризация баяу[5]) жадының ізіне алынуы ықтимал, және жасушалық транскрипция факторына қатысты маңызды дәлелдер бар CREB (осы процесте циклдік AMP жауап беретін элементті байланыстыратын ақуыз).[5][6] Жұмысқа алынған нейрондардағы кейбір синапстар синаптикалық күштің жоғарылауына ұшырайды (белгілі) Ұзақ мерзімді күшейту (LTP))[7] және синаптикалық деңгейде бөлуге ықпал етуі мүмкін ұсынылған тетіктерге мыналар жатады синаптикалық тегтеу, жинақтау және синаптикалық кластерлеу.[3]

Нейрондық бөліну

Нейрондық бөліну - бұл белгілі бір жадыны сақтау үшін басқаларға емес, желідегі нақты нейрондардың есебінің құбылысы.[3]

Нейрондардың бөлінуіндегі CREB рөлі

Бірнеше жасушаішілік сигналдық жолдар белсендіріледі CREB, насихаттау транскрипция және аударма ұзақ мерзімді нейрондық пластиканы және бөлінуді қолдайтын мақсатты ақуыздар.

Транскрипция коэффициенті cAMP реакциясы элементімен байланысатын ақуыз (CREB) - бұл нейрондық жадыны бөлудің жақсы зерттелген механизмі. Қазіргі уақыттағы зерттеулердің көпшілігі амигдала модельдік схема ретінде және қорқынышпен байланысты жад іздері амигдалада делдалдық етеді CREB сол естеліктерге бөлінген жеке нейрондардағы көрініс.[4][5][8] CREB нейрондардың бөлінуіне әкелетін жасушалық процестерді модуляциялайды, әсіресе қатысты дендритикалық омыртқа тығыздығы және морфологиясы.[9] Бүгінгі күнге дейін зерттелген көптеген есте сақтау механизмдері мидың әртүрлі аймақтарында сақталған және амигдалада кездесетін қорқынышқа негізделген жадыны бөлу тетіктері де әр түрлі ми аймақтарындағы есте сақтаудың басқа түрлері үшін ұқсас болуы мүмкін.[3] Шынында да, Сано мен Сильва зертханасындағы әріптестер CREB амигдаладағы нейрондық жадыны бөлуді реттейтінін көрсетті.[10]

CREB бірнеше жол арқылы іске қосылуы мүмкін. Мысалы, циклдік аденозин монофосфаты (цАМФ) және ақуыз киназа А (PKA) жолдар нейрондардың бөлінуіне қатысатын көрінеді.[3] Сияқты екінші мессенджерлер іске қосылған кезде лагері сияқты кальций иондары, ферменттер PKA және Киназаның картасы және ядроға ауыса алады фосфорилат CREB бастау транскрипция мақсатты гендер.[11][12] ПКА ингибиторлары ұзақ уақытқа созылатын дамуды тоқтата алады LTP, және бұл CREB ақуызымен модуляцияланған гендердің транскрипциясының төмендеуімен қатар жүреді.[13]

Нейрондардың бөлінуіндегі метапластикалық

Метапластикалық - бұл берілген тітіркендіргіштің нейрондық икемділікті тудыратын ықтималдығын сипаттайтын термин, бұл осы нейрон бастан кешірген белсенділікке негізделген. Бірнеше зерттеулер бірнеше минуттан бірнеше минут бұрын «бастапқы белсенділікті» алатын нейрондардың (мысалы, нейротрансмиттерлер, паракриндік сигналдар немесе гормондар) индукция индикаторының төменгі шегін көрсететінін дәлелдейді. ұзақ мерзімді потенциал (LTP).[14][15][16] Басқа зерттеулер NMDAR-ді активтендіру индукцияның ынталандыру шегін жоғарылатуы мүмкін екенін анықтайды LTP.[3] Осылайша, нейрондар топтарына ұқсас кірістер кейбір нейрондардың белсенділігі негізінде кейбіреулерінде LTP тудыруы мүмкін.[17]

Осы метапластикалық әсерге әсер ететін сигнал беру механизмдері жатады автофосфорлану туралы αCaMKII,[18] өзгерістер NMDA рецепторы суббірлік құрамы,[19] және белсендіру кернеуге тәуелді кальций каналдары.[18][20] Бұл метапластикалық әсерлер жадтың тұрақсыздануын және қайта консолидация.[21]

Синаптикалық бөлу

Синаптикалық бөлу қалай әсер ететін механизмдерге қатысты синапстар берілген жадты сақтауға келу.[3] Синаптикалық бөлу идеясының ішкі мәні - бұл бірнеше синапстарды берілген кірістер жиынтығымен белсендіруге болатындығы туралы түсінік, бірақ нақты механизмдер жадыда қандай синапстардың жүретінін анықтайды. Естеліктерді нақты синапстарға бөлу қай жерде екенін анықтайтын кілт болып табылады естеліктер сақталады.

Синаптикалық белгілеу және түсіру

Күшті ынталандыру синапсқа итермелейтін белгіні де, икемділіктің пайда болуына әкелетін геномдық сигнал каскадын да тудыруы мүмкін. Содан кейін тег осы пластикалық өнімдерді алуға қызмет етеді. Жақын орналасқан синапстағы әлсіз сигнал тег шығара алады, бірақ геномдық сигнал емес. Бұл тег сонымен бірге қызмет ете алады пластикалық өнімдер және әлсіз ынталандырылған синапсты күшейту.[17]

Синаптикалық белсенділік синаптикалық белгіні тудыруы мүмкін, бұл стимуляцияланған омыртқаға кейіннен транскрипцияланғанды ​​алуға мүмкіндік беретін маркер. иілгіштік молекулалары сияқты Доға. Синаптическая белсенділік сонымен қатар айналысуы мүмкін аударма және транскрипция техника. Әлсіз ынталандыру синаптикалық тегтерді құра алады, бірақ аударма мен транскрипция машиналарына қосылмайды, ал күшті ынталандыру синаптикалық тегтер жасайды, сонымен қатар аударма мен транскрипция машиналарын қосады. Жаңадан пайда болған пластикамен байланысты ақуыздарды (PRP) кез келген тегтелген синапстар ұстай алады, бірақ тегтелмеген синапстар жаңа РР алуға құқылы емес. Белгілі бір уақыт кезеңінен кейін синапстар тегін жоғалтады және бастапқы күйіне оралады. Сонымен қатар, жаңа PRP-дің қоры таусылады. PRP-ді түсіру үшін тегтер мен жаңа PRP уақытында сәйкес келуі керек.[17][22][23]

The синапстық тег индуктивті тітіркендіргіштер арасындағы уақытқа кері байланысты және уақытша асимметриялы деп аталады. Сонымен қатар, этикетка белгілеудің кеңістіктік маңызды қасиеттері тікенектер арасындағы қашықтыққа кері байланысты. Синаптикалық тегтеудің уақыттық және кеңістіктік қасиеттерін керісінше растай отырып, кейінгі бейнелеу зерттеулері уақыттық шектеулер ғана емес, сонымен қатар синаптикалық тегтеу мен түсіру механизмдерін шектейтін құрылымдық шектеулер бар екенін анықтады. Жалпы алғанда, бұл зерттеулер синаптикалық тегтеу мен түсірудің күрделілігін көрсетеді және осы механизмнің дәл қалай жүретіндігі туралы қосымша түсінік береді.[3]

Омыртқа шоғыры

Синаптическая кластеринг дегеніміз дендрит аймағына жаңа омыртқалардың қосылуын білдіреді, бұнда алдыңғы оқумен басқа омыртқалар қосылды.[3] Омыртқаның кластерленуі синаптикалық кірістердің диффузиялық молекулалық кроссталь арқылы активтенген омыртқа маңында пайда болуына әкелуі мүмкін.1 Мысалы, зерттеулер бір омыртқада синтезделген сигнал молекулаларының (мысалы, белсендірілген RAS және / немесе RHOA) таралуы және әсер етуі мүмкін екенін көрсетті. жақын орналасқан жерлерде омыртқаның өсуі.[24] The Rho GTPase CDC42 сонымен қатар омыртқаның көлемін ұзақ уақытқа арттыру арқылы омыртқаның кластерленуіне ықпал етуі мүмкін. Соңғы зерттеулер сонымен қатар бұл процестің реттелуі мүмкін екенін болжайды NMDA рецепторы белсендіру және азот оксидін ынталандыру.[3][25]

Жұлынның кластерленуі моторлы қабық нақты қозғалтқыш жадтарын синаптикалық сақтаудың морфологиялық механизмін көрсетеді. Бұл шоғырланған тікенектер кластерсіз жаңа тікенектерге қарағанда тұрақты. Тікенді қосудың бұл түрі белгілі бір қалыпта жүреді, яғни бір тапсырмадан кейін қосылған тікенектер балама тапсырмадан кейін тікенектермен кластер болмайды.[26] Кейбіреулерінде көрсетілгендей, омыртқа кластерінің жоғалуы да мүмкін кондиционерден қорқу эксперименттер, фронтальды ассоциациядағы тікенектердің таза жоғалуына алып келеді, бұл қорқыныш кондициясымен тығыз байланысты, бұл жадымен байланысты еске түсіру. Бірде қорқыныш жойылғаннан кейін тікенектер қосылды, бастапқы қорқынышты кондиционерлеу кезінде жоғалған тікенектерге ұқсас бағыт болды.[27]

Уақыт бойынша естеліктерді байланыстыратын механизмдер

Денис Кай жылы Альцино Дж. Сильва Зертхананың жадыны бөлу тетіктері уақыт бойынша естеліктерді қосу немесе байланыстыру үшін қолданылатынын анықтады.[28] Зерттеулерінде олар бір контексттік жадтың CREB белсендірілуін және гипотокампалық CA1 нейрондарының қозғыштығының күшеюін тудыратынын, мысалы, 5 сағат ішінде пайда болатын кейінгі контексттік жадыны CA1 нейрондарының кейбіріне бөлуге болатындығын көрсетті. бірінші контексттік жады сақталды. Екі контексттік есте сақтау үшін CA1 жадының бағдарламалары арасындағы қабаттасудың нәтижесінде бір контексттік жадыны еске түсіру екінші жадты шығаруды белсендіреді. Бұл зерттеулер сонымен қатар қартаю миында контексттік жадыны байланыстыру тетіктері бұзылғанын және CA1 нейрондарының кіші бөлігіндегі қозғыштықтың жоғарылауы осы жадыны байланыстыратын тапшылықтарды қалпына келтіретіндігін көрсетті. CREB және қартаю миындағы нейрондық қозғыштықтың бұзылуы есте сақтаудың ауытқуларын және мүмкін байланысты жады проблемаларын ескеруі мүмкін (амнезия көзі ) қартаюмен байланысты. 2018 жылдың шілдесінде «Барлығын өзгерте алатын 13 жаңалық» туралы арнайы шығарылымда Scientific American компаниясы Силва зертханасының жадыны бөлу және байланыстыру бойынша ашқан жаңалығын ерекше атап өтті. [29]

Қазіргі және болашақтағы зерттеулер

Синапстық және нейрондық бөлінуді біріктіру

Тәжірибелер нейрондық және синаптикалық деңгейлер арасындағы бөліну механизмдерінің өзара әрекеттесуін әлі зерттеген жоқ. Нейрондық желідегі нейрондар мен синапстар арасындағы байланысты ескере отырып, процестердің екі класы өзара байланысты болуы әбден мүмкін. Мысалы, синаптикалық бөлуге қатысатын синаптикалық тегтеу және түсіру синапстарға жататын нейрондарды бөлуді қажет етеді. Сонымен қатар, белгілі бір нейрондық ансамбльдегі нейрондардың қозғыштығының жоғарылауы кейбір дендриттерге басқаларға қарағанда көбірек әсер етуі мүмкін, осылайша жадты сақтауды қозғыштығы жоғары дендриттердегі синапстарға азайтады.[30][31] Дәл осылай қозғалғыштығын көрсететін жалданған нейрондарда ақпаратты синаптикалық икемділік түрінде сақтау үшін нақты синапстарды таңдау керек.

Интеграцияның бір аспектісі жатады метапластикалық және бір жадыны сақтау мен сақтау қалай өзгертеді жүйке тізбегі кейінгі жадтың сақталуы мен қасиеттеріне әсер ету. Жасушалық қозғыштық гетеросинаптикалық метапластикаға жауап беретін механизмдердің бірі, әр түрлі синапстарда кейінгі пластиканы модуляциялау ретінде ұсынылған.[32] CREB жоғарыда сипатталғандай жасушалардың қозғыштығын жоғарылату арқылы жұмыс істейді, осылайша ол гетеросинапстық метапластикаға қатысуы мүмкін. Синаптикалық тегтеу және түсіру, жоғарыда келтірілгендей, әлсіз жадқа әкелуі мүмкін (тек E-LTP-ді іске қосуға қабілетті), әйтпесе ұмытып кетуі мүмкін, бірақ оны мықты жад (L-LTP-ді іске қосуға қабілетті) нығайтуға және тұрақтандыруға болады , бұл гетеросинаптикалық пластиканың бір түрі.

Болашақ зерттеулер

Жадыны бөлудің жеке тетіктерін жан-жақты зерттеуге қарамастан, бұл механизмдердің интеграциясын зерттейтін зерттеулер аз. Осы процестердің молекулалық, жасушалық және жүйелік механизмдерінің әсерін түсіну олардың жадыны қалыптастыру кезінде қалай үйлесетінін және интеграцияланатындығын анықтауы мүмкін деген ұсыныс жасалды.[3] Мысалы, пластикамен байланысты ақуыздар Синаптический белгілеуге және түсіруге қатысатын (PRPs), сонымен қатар CREB жоғары және төменгі молекулалары өзара әрекеттесуді анықтауға көмектеседі. Осы механизмдердің функционалдық маңыздылығын зерттеу үшін ұсынылған механизмдерге қатысатын процестерді in vivo тікелей басқаратын және бейнелейтін құралдар қажет болады.[3] Мысалы, синаптикалық тегтеу мен ұстауға берілген мінез-құлық өзара әрекеттесуі ақуыз синтезіне тәуелді ұлғаюдан туындауы мүмкін. нейромодуляторлар сияқты дофамин синаптикалық тегтеу механизмдерімен емес. Тікелей манипуляция кезіндегі мінез-құлық әсерлерін зерттеу осы басқа себептерді болдырмауға көмектеседі.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Вон, Дж. Және А.Дж. Силва, Нейрондық желідегі жадыны бөлудің молекулалық және жасушалық механизмдері. Neurobiol Learn Mem, 2007 ж. PMC  2673809
  2. ^ Силва, АЖ, Чжоу, Ю, Роджерсон, Т, Шобе, Дж және Баладжи, Дж. Нейрондық тізбектерде жадыны бөлуге молекулалық және жасушалық тәсілдер. Ғылым, 16 қазан 2009; 326 (5951): 391-5. PMID  19833959.
  3. ^ а б c г. e f ж сағ мен j к л Роджерсон, Т. және т.б. Жадыны бөлу кезінде синаптикалық тегтеу. Nature Rev. Neurosci 15, 157-169 (2014)
  4. ^ а б Хан, Дж. Х., Кушнер, С.А., Иу, А. П., Коул, Дж., Матиния, А., Браун, Р. А., ... & Джоселин, С.А. (2007). Нейрондық бәсекелестік және жадыны қалыптастыру кезіндегі таңдау. ғылым, 316 (5823), 457-460.
  5. ^ а б c Чжоу, Ю., Вон, Дж., Карлссон, М.Г., Чжоу, М., Роджерсон, Т., Баладжи, Дж., ... & Сильва, Дж. (2009). CREB қозғыштығын және амигдаладағы нейрондардың ішкі жиынтықтарына жадыны бөлуді реттейді. Табиғат неврологиясы, 12 (11), 1438-1443.
  6. ^ Yiu, A. P. және басқалар. Тренинг басталмас бұрын нейрондар салыстырмалы нейрондық қозғыштыққа негізделген жад ізіне алынады. Нейрон 83, 722-735 (2014)
  7. ^ Bliss, T. V., & Collingridge, G. L. (1993). Жадтың синаптикалық моделі: гиппокампадағы ұзақ мерзімді күшейту. Табиғат, 361 (6407), 31-39.
  8. ^ Хан, Дж.Х., Кушнер, С.А., Иу, А.П., Сян, Х.Л., Бух, Т., Вайсман, А., ... & Джоселин, С.А. (2009). Қорқынышты есте сақтауды таңдап жою. Ғылым, 323 (5920), 1492-1496.
  9. ^ Саргин, Д., Меркальдо, В., Иу, А.П., Хиггс, Г., Хан, Дж. Х., Франкланд, П.В. & Джоселин, С.А. (2013). CREB бүйірлік амигдала нейрондарының омыртқа тығыздығын реттейді: жадыны бөлудің әсері. Мінез-құлық неврологиясындағы шекаралар, 7.
  10. ^ Sano, Y, Shobe, JL, Zhou, M, Huang, S, Cai, DJ, Roth, BL, Kamata, M, and Silva, AJ. CREB оқшаулау қабығындағы жадының бөлінуін реттейді. Curr Biol. 2014 жылғы 13 қараша; 24 (23): 2833-283 (2014) PMID  25454591
  11. ^ Адамс, Дж. П., & Светт, Дж. Д. (2002). Молекулалық психология: ERK MAP киназа каскадының жадыдағы рөлі. Фармакология мен токсикологияға жылдық шолу, 42 (1), 135-163.
  12. ^ Treisman, R. (1996). Транскрипцияны MAP киназа каскадтары арқылы реттеу. Жасуша биологиясындағы қазіргі пікір, 8 (2), 205-215.
  13. ^ Нгуен, П.В., Ву, Н.Х. (2003). Гиппокампалық синаптикалық икемділікті циклдік AMP-тәуелді протеинкиназалармен реттеу. Нейробиологиядағы прогресс, 71 (6), 401-437.
  14. ^ Гуссаков, И.В., Финк, К., Элгер, С.Э. және Бек, Х. (2000). Мүкті талшықтардың синаптикалық берілуінің метапластикасы босату ықтималдығын өзгертеді. Неврология журналы, 20 (9), 3434-3441.
  15. ^ Ибраһим, В.С. және Тейт, В.П. (1997). Метапластикалық: синаптикалық пластиканың жаңа көрінісі. Нейробиологиядағы прогресс, 52 (4), 303-323.
  16. ^ Koon, Alex C. және т.б. «Октопаминергиялық сигнал беру арқылы синаптикалық және мінез-құлықтық икемділікті авторегуляторлық және паракриндік бақылау». Табиғат неврологиясы 14.2 (2011): 190-199.
  17. ^ а б c Руди, Дж. (2014). Спецификалық механизмдер: Икемділікке бағытталған өнімдер. Оқыту мен есте сақтаудың нейробиологиясында (Екінші басылым, 113-116 беттер). Sinauer Associates.
  18. ^ а б Чжан, Л., Киршштейн, Т., Соммерсберг, Б., Меркенс, М., Манахан-Вон, Д., Элжерсма, Ю., & Бек, Х. (2005). Гиппокампалық синаптикалық метапластика Са2 + / кальмодулинге тәуелді киназа II ингибиторлы аутофосфорлануын қажет етеді. Неврология журналы, 25 (33), 7697-7707.
  19. ^ Cho, K. K., Khibnik, L., Philpot, B. D., & Bear, M. F. (2009). NR2A / B NMDA рецепторларының суббірліктерінің арақатынасы визуалды кортекстегі көздің доминанттылық қасиеттерін анықтайды. Ұлттық ғылым академиясының еңбектері, 106 (13), 5377-5382.
  20. ^ Ли, М.С., Ясуда, Р., & Эхлерс, Д.Д. (2010). Бір глутаматергиялық синапстардағы метапластик. Нейрон, 66 (6), 859-870.
  21. ^ Финни, Питер С.Б және Карим Надер. «Метапластикалық механизмдердің жадыны тұрақсыздандыру мен қайта консолидацияны реттеудегі рөлі». Неврология және биобевиоралдық шолулар 36.7 (2012): 1667-1707.
  22. ^ Фрей, Ю. & Моррис, Р.Г.Синаптикалық тегтеу: гиппокампаның ұзақ мерзімді әлеуетін кеш сақтауға әсер етеді. Neurosci тенденциялары. 21, 181–188 (1998)
  23. ^ Говиндаражан, А. және т.б. Дендриттік тармақ ақуыз синтезіне тәуелді LTP үшін қолайлы интегративті бірлік болып табылады. Нейрон 69, 132–146 (2011).
  24. ^ Harvey, C. D. және басқалар. Расс белсенділігінің таралуы бір дендритикалық омыртқаны белсендіруден туындады. Ғылым 321, 136–140 (2008).
  25. ^ Муракоши, Х., Ванг, Х. & Ясуда, Р. Бір дендритті омыртқалардың пластикасы кезінде жергілікті, тұрақты Rho GTPase белсенділігі. Табиғат 472, 100–104 (2011)
  26. ^ Фу, М. және т.б. Қозғалтқышты қайталап оқыту кластердің үйлесімді қалыптасуын тудырады дендритті тікенектер in vivo. Табиғат 483, 92–95 (2012).
  27. ^ Лай, С.С және басқалар. Омыртқаның дендритикалық қайта құрылуына қорқыныш пен жойылудың қарсы әсері. Табиғат 483, 87–91 (2012).
  28. ^ Cai DJ, Aharoni D, Shuman T, Shobe J, Biane J, Song W, Wei B, Veshkini M, La-Vu M, Lou J, Flores S, Kim I, Sano Y, Zhou M, Baumgaertel K, Lavi A, Камата М, Тусзинский М, Мэйфорд М, Гольшани П, Сильва АЖ. Ортақ нейрондық ансамбль белгілі бір контексттік естеліктерді уақыт бойынша кодталған. Табиғат 2016 23 мамыр; 534 (7605): 115-8
  29. ^ Силва, Адж. Бір жады екіншісіне қалай әсер етеді. Ғылымдағы төңкерістерде: бәрін өзгерте алатын жаңалықтар. Ғылыми американдық; 2018 жылғы шілде, 27 том, 3 шығарылым
  30. ^ Larkum, M. E. & Nevian, T. Дендриттік сигнал беру механизмдері бойынша синаптикалық кластерлеу. Curr. Опин. Нейробиол. 18, 321–331 (2008)
  31. ^ Losonczy, A., Makara, J. K. & Magee, J. C. Бөлшектелген дендриттік пластика және нейрондарда кіру ерекшеліктерін сақтау. Табиғат 452, 436–441 (2008)
  32. ^ Фрик, А. және Джонстон, Д. Дендриттік қозғыштықтың пластикасы. Дж.Нейробиол. 64, 100–115 (2005)