Mozkový okruh v thalamu nám pomáhá udržet si informace v paměti

Tento okruh, který s věkem slábne, by mohl nabídnout cíl, který pomůže zabránit poklesu prostorové paměti souvisejícímu s věkem

Jak lidé stárnou, jejich pracovní paměť často klesá, což ztěžuje vykonávání každodenních úkolů. Jednou z klíčových oblastí mozku spojenou s tímto typem paměti je přední talamus, který se primárně podílí na prostorové paměti – paměti našeho okolí a toho, jak se v něm orientovat.

Ve studii na myších vědci z MIT identifikovali okruh v předním thalamu, který je nezbytný pro zapamatování toho, jak se pohybovat v bludišti. Vědci také zjistili, že tento okruh je u starších myší oslabený, ale posílení jeho aktivity výrazně zlepšuje jejich schopnost správně provozovat bludiště.

Tato oblast by mohla nabídnout slibný cíl pro léčbu, která by mohla pomoci zvrátit ztrátu paměti u starších lidí, aniž by to ovlivnilo jiné části mozku, říkají vědci.

„Pochopením toho, jak thalamus řídí kortikální výstup, doufejme, že bychom mohli najít specifičtější cíle v této oblasti, namísto obecné modulace prefrontálního kortexu, který má mnoho různých funkcí,“ říká Guoping Feng, James W. a Patricia T. Poitras profesor mozkových a kognitivních věd na MIT, člen Broad Institute of Harvard a MIT a zástupce ředitele McGovern Institute for Brain Research na MIT.

Prostorová paměť

Talamus, malá struktura nacházející se v blízkosti středu mozku, přispívá k pracovní paměti a mnoha dalším výkonným funkcím, jako je plánování a pozornost. Fengova laboratoř nedávno zkoumala oblast thalamu známou jako přední thalamus, která má důležitou roli v paměti a prostorové navigaci.

Předchozí studie na myších ukázaly, že poškození předního thalamu vede k poruchám prostorové pracovní paměti. U lidí studie odhalily pokles aktivity předního thalamu související s věkem, který koreluje s nižším výkonem při úkolech s prostorovou pamětí.

Přední thalamus je rozdělen do tří částí: ventrální, dorzální a mediální. Ve studii zveřejněné v loňském roce Feng, Roy a Zhang studovali roli anterodorzálního (AD) thalamu a anteroventrálního (AV) thalamu při tvorbě paměti. Zjistili, že AD thalamus se podílí na vytváření mentálních map fyzických prostorů, zatímco AV thalamus pomáhá mozku odlišit tyto vzpomínky od jiných vzpomínek na podobné prostory.

Ve své nové studii se vědci chtěli hlouběji podívat na AV thalamus a prozkoumat jeho roli v úkolu prostorové pracovní paměti. K tomu vycvičili myši, aby provozovaly jednoduché bludiště ve tvaru T. Na začátku každého pokusu myši běžely, dokud nedosáhly T. Jedna paže byla zablokována, což je nutilo běžet po druhé paži. Poté byly myši znovu umístěny do bludiště s oběma pažemi otevřenými. Myši byly odměněny, pokud si zvolily opačnou ruku z prvního běhu. To znamenalo, že aby se mohli správně rozhodnout, museli si pamatovat, kterým směrem otočili předchozí běh.

Když myši úkol prováděly, výzkumníci použili optogenetiku k inhibici aktivity buď AV nebo AD neuronů během tří různých částí úkolu: fáze vzorku, ke které dochází během prvního běhu; fáze zpoždění, zatímco čekají na zahájení druhého běhu; a fáze výběru, kdy se myši rozhodují, kterým směrem se otočit během druhého běhu.

Výzkumníci zjistili, že inhibice AV neuronů během fáze vzorku nebo výběru neměla žádný vliv na výkon myší, ale když potlačila AV aktivitu během fáze zpoždění, která trvala 10 sekund nebo déle, myši si vedly v tomto úkolu mnohem hůře.

To naznačuje, že AV neurony jsou nejdůležitější pro udržení informací v paměti, zatímco jsou potřebné pro určitý úkol. Na rozdíl od toho inhibice AD ​​neuronů narušila výkon během fáze vzorku, ale měla malý účinek během fáze zpoždění. Toto zjištění bylo v souladu s dřívější studií výzkumného týmu, která ukázala, že neurony AD se podílejí na vytváření vzpomínek na fyzický prostor.

„Přední thalamus je obecně oblastí prostorového učení, ale zdá se, že ventrální neurony jsou v tomto udržovacím období během tohoto krátkého zpoždění potřebné,“ říká Roy. „Nyní máme dvě pododdělení v rámci předního thalamu: jedno, které vypadá, že pomáhá s kontextovým učením, a druhé, které ve skutečnosti pomáhá s uchováváním těchto informací.“

Pokles související s věkem

Vědci pak testovali vliv věku na tento okruh. Zjistili, že starší myši (14 měsíců) měly horší výsledky v úloze T-labyrint a jejich AV neurony byly méně vzrušivé. Když však vědci tyto neurony uměle stimulovali, výkon myší v tomto úkolu se dramaticky zlepšil.

Dalším způsobem, jak zvýšit výkon v této paměťové úloze, je stimulace prefrontální kůry, která také podléhá poklesu souvisejícímu s věkem. Aktivace prefrontálního kortexu však také zvyšuje míru úzkosti u myší, zjistili vědci.

„Pokud přímo aktivujeme neurony v mediálním prefrontálním kortexu, vyvolá to také chování související s úzkostí, ale to se nestane během AV aktivace, “ říká Zhang. „To je výhoda aktivace AV ve srovnání s prefrontální kůrou.“

Pokud by neinvazivní nebo minimálně invazivní technologie mohla být použita ke stimulaci těchto neuronů v lidském mozku, mohlo by to nabídnout způsob, jak zabránit poklesu paměti související s věkem, říkají vědci. Nyní plánují provést jednobuněčné sekvenování RNA neuronů předního thalamu, aby našli genetické podpisy, které by mohly být použity k identifikaci buněk, které by byly nejlepšími cíli.