Исследование Университета Юты предполагает, что воспоминания хранятся в нашем мозгу, потому что определенные белки служат якорями, удерживая другие белки на месте для укрепления синапсов, которые являются связями между нервными клетками.
"Основная идея заключается в том, что синапсы находятся в постоянном движении, поэтому как они могут быть вместилищем воспоминаний, которые могут длиться всю жизнь??" говорит профессор математики Пол Бресслофф, член Института мозга Университета Юты. "Частично ответ заключается в том, что внутри синапса есть якоря, которые удерживают белки на месте, и эти белки помогают определить, насколько силен синапс, что, в свою очередь, способствует формированию и сохранению воспоминаний."
Исследование имеет отношение не только к тому, как работают память и обучение, но и к болезни Альцгеймера, которая, как полагают, связана, по крайней мере частично, с нарушением нормального движения белков в синапсах.
Исследование будет опубликовано в среду, ноябрь. 22 августа 2006 г., в The Journal of Neuroscience. Бресслофф провел исследование с Бертоном Эрншоу, докторантом математики. Финансировался Национальным научным фондом.
Бресслофф говорит, что большие споры о сознании, "Можно ли это объяснить просто набором нервных импульсов в головном мозге?? На мой взгляд, ответ должен быть положительным" – ответ, подкрепленный его выводами.
"Воспоминания, поведение, чувства – все определяется паттернами нервных импульсов в головном мозге," он добавляет. "Если вы измените характер нервных импульсов, это изменит воспоминания, поведение и чувства. … То, что определяет этот образец нервных импульсов, – это смесь стимулов, которые мы получаем из внешнего мира, и сила связей между нервными клетками."
"Наши знания и воспоминания определяются этими связями в мозгу. Кто мы такие, определяется силой связи между нейронами в головном мозге."
Анатомия памяти и обучения
Синапс – это соединение нервных клеток или нейронов. Синапс включает три части: конец или "аксон" расположенной выше нервной клетки, микроскопической щели между нервными клетками и грибовидной "дендритный позвоночник," который является частью нижестоящей нервной клетки.
Считается, что то, что мы узнаем и храним в своей памяти, распределяется по множеству синапсов, говорит Бресслофф. Некоторые воспоминания, такие как лицо человека, могут храниться всего в нескольких синапсах, в то время как другие воспоминания могут быть распределены по большому количеству, добавляет он.
В то время как нервная клетка имеет только один аксон для передачи исходящих сигналов, она имеет множество структур, называемых дендритами, которые похожи на ветви дерева. Каждый дендрит, в свою очередь, разветвляется на ветвистые дендритные шипы. Одна нервная клетка может иметь 10000 дендритных шипов, и каждый шип является частью синапса. Таким образом, одна нервная клетка может получать сигналы от 10000 других нервных клеток.
Нервные клетки испускают электрические импульсы. Когда электрический нервный сигнал от одной нервной клетки достигает синапса, он вызывает высвобождение химических веществ, называемых нейротрансмиттерами. Эти химические вещества перемещаются по синапсу и прикрепляются или "связывать" к белкам дендритного отростка, которые называются рецепторами.
Один из наиболее важных нейротрансмиттеров называется глутамат, и он связывается с белками, известными как "Рецепторы AMPA," которые встроены в дендритные шипы на принимающем конце нервных клеток. Белки рецептора AMPA удерживаются в мембране другими белками, называемыми "каркасные белки." Бресслофф говорит, что AMPA – один из двух известных рецепторов нервных сигналов "играют решающую роль в обучении и памяти."
Более ранние исследования показали, что обучение и память зависят от силы синапсов между нервными клетками. Бресслофф говорит, что сила синапса зависит не только от того, сколько нейромедиатора выделяется вышестоящей нервной клеткой, но и от других факторов, включая количество рецепторов, таких как AMPA.
Исследование: моделирование того, как нервные клетки получают сигналы
Исследование Бресслоффа было сосредоточено на том, как сила синапсов соотносится с количеством рецепторов AMPA, что имеет решающее значение для определения силы электрического тока, генерируемого в нижележащей нервной клетке нервным импульсом от вышележащей нервной клетки.
Отдельные рецепторы AMPA постоянно перерабатываются или "проданный" в и из синапса. Итак, как постоянно меняющийся синапс может помочь сохранить знания и воспоминания??
Бресслофф построил математический "модель" – моделирование, в котором использовались математические уравнения для описания движения рецепторов AMPA в синапсе и из него.
Математическое моделирование было основано на представлении о том, что нижележащая часть синапса, а именно грибовидный дендритный шип, имеет два отсека. Первое отделение похоже на шляпку гриба. Именно здесь рецепторы AMPA удерживаются на месте белками каркаса, чтобы они могли получать химический сигнал глутамата от вышележащей нервной клетки. Второй отсек похож на стебель гриба.
Бресслофф использовал 10 или меньше "дифференциальные уравнения" чтобы описать четыре процесса, участвующих в определении скорости, с которой отдельные рецепторы AMPA покидают или входят в синапс, перемещаясь между головными и стеблевыми частями дендритного отростка:
Это позволило ему спросить, какие движения рецепторов AMPA могут быть ответственны за усиление или ослабление синапсов.
Ответ моделирования: сила синапса – и, следовательно, его способность удерживать то, что мы узнаем и помним, – изменяется, когда происходит изменение количества поддерживающих белков, которые удерживают рецепторы AMPA на месте в синапсе, особенно на поверхности или крышке. грибовидного дендритного отростка.
Другими словами, наиболее важным фактором в укреплении синапсов было присутствие белков-каркасов, которые удерживают белки рецептора AMPA на месте, чтобы они могли получать нервные сигналы от химических нейротрансмиттеров.
Чтобы синапсы между нервами укреплялись, "вы не можете просто выпихнуть кучу новых рецепторов AMPA на поверхность, потому что они просто снова исчезнут," Бресслофф говорит. "Вы должны держать их там."
То, что мы помним и изучаем, по сути, привязано к нервным клеткам нашего мозга.
"Наши синапсы находятся в постоянном движении," Бресслофф говорит. "Они все время обмениваются молекулами. Тем не менее, у нас есть стабильные воспоминания и вещи, которые мы узнаем. Так что же кодирует память синапса, если белки постоянно меняются?? Некоторые белки действуют как якоря, удерживающие другие белки на месте."
Источник: Университет Юты