neurocientistas Caltech ter olhado dentro das células cerebrais como eles sofrem as rajadas intensas de atividade neural conhecido como "ondulações" que são pensados para fundamentam a formação da memória.
Durante ondulações, uma pequena fração de células cerebrais, ou neurônios, fogo de forma síncrona na área CA1, uma parte do hipocampo, que é pensado para ser uma importante estação de retransmissão para as memórias. "Durante uma ondulação, cerca de 10 por cento dos neurônios CA1 são ativados, e esses neurônios ativos todo o fogo dentro de um décimo de segundo", diz Caltech estudante Brad Hulse. "Duas grandes questões têm sido: Como é que os 90 por cento restantes de neurônios CA1 ficar quieto E o que está a sincronizar o disparo dos neurônios ativos?"
Em um novo estudo, publicado online em 17 de fevereiro na revista Neuron, Hulse e seus colegas usaram uma nova abordagem para mostrar como a combinação de excitatórios e entradas inibitórios ao trabalho CA1 juntos para sincronizar o disparo de neurônios ativos, mantendo a maioria dos neurônios em silêncio durante ondulações.
"Durante muito tempo, as pessoas estudaram esses eventos, colocando um eletrodo fora de um conjunto de neurônios. Essas gravações extracelular pode informá-lo sobre a saída de um grupo de células cerebrais, mas eles dizem muito pouco sobre as entradas que estão recebendo ", diz o co-autor do estudo e pesquisador Caltech Evgueniy Lubenov.
Os cientistas de Caltech combinados de gravação extracelular com uma técnica de olhar para dentro de um neurônio durante ondulações. Usaram pipetas de vidro finas com pontas mais finas do que um décimo da espessura de um cabelo humano para medir directamente a diferença de tensão, ou "potencial eléctrico," através da membrana celular dos neurónios individuais em ratos despertos.
A imagem abaixo mostra uma imagem de células piramidais manchado, mostrado em azul, na área CA1 do hipocampo de rato. Neurônios que expressam calbindina são mostrados em neurônios verdes e inibitórios que expressam parvalbumina são mostrados em vermelho. Durante a gravação intracelular do neurôniopotencial de membrana , a célula piramidal foi preenchido com corante para que pudesse ser localizada e fotografada. (Cortesia de T. Siapas / Caltech).
Empregando estas duas técnicas em conjunto permitiu aos cientistas para monitorar a atividade dentro de um único neurônio enquanto ainda observando como a rede maior estava se comportando. Por sua vez, permitiu-lhes juntar how excitatório entradas de CA3, uma região do hipocampo, onde as memórias são formadas, afetam a saída de células cerebrais chamados neurônios piramidais em CA1. Estes neurónios são importantes para a transferência de memórias recém-codificados para outras áreas do cérebro, tais como o neocórtex para a guarda e armazenamento a longo prazo. Ondulações são pensados para ser o mecanismo pelo qual esta transferência ocorre.
A equipe descobriu que o potencial de membrana das células piramidais CA1 aumenta durante ondulações. Surpreendentemente, este aumento é relativamente constante e independente da força da entrada de CA3. Para que isto seja o caso, a excitação directa do CA3 deve ser equilibrado pela inibição proporcional. A fonte desta inibição se presume ser uma classe de células cerebrais chamados interneurônios feedforward, que recebem entradas directas de CA3 e inibem células piramidais CA1.
"Parece haver um mecanismo circuito que equilibra excitação e inibição, de modo que para a maioria dos neurônios, essas duas forças cancelar", diz o líder do estudo Thanos Siapas, professor de sistemas de computação e neural em Caltech.
Sem uma inibição equilibrada, todos os neurônios CA1 podiam disparar quando a entrada excitatória é grande o suficiente. "Isso pode causar excitação fugitivo e possivelmente desencadear uma convulsão", diz Hulse, que é o primeiro autor do novo estudo.
a conclusão da equipe explica por que a maioria dos neurônios piramidais CA1 permanecer em silêncio durante ondulações, mas levanta duas questões importantes: Por que qualquer fogo neurônios em tudo? E o que controla o timing exacto dos que são acionados?
Os pesquisadores da Caltech descobriram que neurônios ativos recebem uma entrada excitatória muito mais forte do CA3 do que neurônios silenciosos fazer-um que é grande o suficiente para superar a inibição de equilíbrio. Este grande excitação provém de neurónios CA3 com particularmente fortes conexões com os neurônios CA1 ativos. Estas ligações são acreditados para ser modificado durante o comportamento de codificar memória.
Por isso, é a identidade específica de neurônios CA3, em vez de seu número, que é responsável por fazer os neurónios CA1 fogo, dizem os pesquisadores. Este sistema pode parecer excessivamente complexa e redundante, mas o resultado final é um circuito de um mosaico flexível em constante mudança de neurônios piramidais ativos e inativos. "É um mosaico mudando, mas é um que é dependente de memórias e experiências do organismo", diz Siapas.
Como ondulações exercer a sua influência sobre o resto do cérebro? O potencial de membrana de cada neurônio oscila muito rapidamente durante ondulações para sincronizar o disparo de células para dentro de alguns milésimos de segundo. "Ao coordenar as suas actividades, os neurônios CA1 são maximizar o impacto de sua produção em áreas a jusante do cérebro. O efeito geral é mais poderoso do que se cada neurônio disparou de forma independente", diz Lubenov. "É a diferença entre aplauso de forma independente ou em uníssono com os outros em um concerto. O efeito no último caso é mais forte, mesmo com o mesmo número de pessoas aplaudindo."
Os neurocientistas que se pensava que estas oscilações rápidas foram gerados pela queima rítmica dos neurónios inibitórios, mas a equipe Caltech mostrou que isso não pode ser a história toda. "Nossos experimentos sugerem que é a interação entre a excitação rítmica e inibição que impulsiona essas oscilações rápidas", diz Hulse.
O papel, "potencial de membrana Dynamics de CA1 piramidal neurônios durante hipocampo Ripples em camundongos Awake", também é co-autoria de Laurent C. Moreaux, uma investigadora no Caltech. O financiamento para o trabalho foi fornecido pela Fundação Mathers, a Fundação Gordon e Betty Moore, o National Institutes of Health e da National Science Foundation.
O Galaxy diário via Ker Than, Caltech
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