丘腦中的大腦回路幫助我們記住信息

時間:2022年5月12日
來源:mit

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這個電路會隨著年齡的增長而減弱,可以提供一個目標來幫助防止與年齡相關的空間記憶下降。

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隨著年齡的增長,人們的工作記憶通常會下降,這使得人們更難完成日常任務。與這種類型的記憶相關的一個關鍵大腦區域是前丘腦,它主要參與空間記憶——對我們周圍環境的記憶以及如何導航。

在一項對小鼠的研究中,麻省理工學院的研究人員在丘腦前部發現了一個回路,它對記憶如何走迷宮是必要的。研究人員還發現,這個回路在年齡較大的老鼠身上減弱了,但增強它的活性會大大提高它們正確走迷宮的能力。

研究人員說,這個區域可能為治療提供一個有希望的靶點,可以幫助逆轉老年人的記憶喪失,而不會影響大腦的其他部分。

“通過了解丘腦如何控制皮質輸出,我們有望在這一區域找到更具體和可治療的目標,而不是一般地調節前額葉皮層,它有許多不同的功能?!瘪T國平說,他是麻省理工學院腦與認知科學的James W.和Patricia T. Poitras教授,哈佛大學和麻省理工學院布羅德研究所成員,麻省理工學院麥戈文腦研究所副所長。

馮教授是該研究的資深作者,該研究發表在今天的《美國國家科學院院刊》上。美國國立衛生研究院K99獎得主、布羅德研究所麥戈文研究員迪拉杰·羅伊和麥戈文研究所J. Douglas Tan博士后研究員張穎是這篇論文的主要作者。

空間記憶

丘腦是位于大腦中心附近的一個小結構,負責工作記憶和許多其他執行功能,如計劃和注意力。馮的實驗室最近一直在研究丘腦的前丘腦區域,該區域在記憶和空間導航中起著重要作用。

先前對小鼠的研究表明,前丘腦受損會導致空間工作記憶的受損。在人類中,研究表明年齡相關的前丘腦活動下降,這與空間記憶任務的較低表現有關。

前丘腦分為三個部分:腹側,背側和內側。在去年發表的一項研究中,馮、羅伊和張研究了前背(AD)丘腦和前腹(AV)丘腦在記憶形成中的作用。他們發現,AD腦丘體參與創建物理空間的心理地圖,而AV腦丘體幫助大腦將這些記憶與其他類似空間的記憶區分開來。

在他們的新研究中,研究人員想更深入地研究AV丘腦,探索它在空間工作記憶任務中的作用。為了做到這一點,他們訓練老鼠走一個簡單的t形迷宮。每次試驗開始時,老鼠跑到t區,一只胳膊被擋住,迫使它們順著另一只胳膊跑。然后,老鼠再次被放置在迷宮中,雙臂張開。如果老鼠在第一次跑步時選擇了相反的手臂,它們就會得到獎勵。這意味著,為了做出正確的決定,他們必須記住他們在前一回合中轉向的方向。

當老鼠執行任務時,研究人員在任務的三個不同部分使用光遺傳學來抑制AV或AD神經元的活動:樣本階段,發生在第一次運行;延遲階段,當他們等待第二次運行開始時;在選擇階段,當老鼠在第二次跑步時決定轉向哪條路。

研究人員發現,在取樣階段或選擇階段抑制房室病毒神經元對小鼠的表現沒有影響,但當他們在持續10秒或更長時間的延遲階段抑制房室病毒活動時,小鼠在任務中的表現要差得多。

這表明,在執行任務時,AV神經元對記憶信息最重要。相反,抑制AD神經元會在樣本期破壞表現,但在延遲期影響不大。這一發現與研究小組之前的研究一致,即AD神經元參與了物理空間記憶的形成。

“一般來說,前丘腦是一個空間學習區域,但腹側神經元似乎在這個短暫的延遲維持期間是需要的,”羅伊說?!艾F在我們在前丘腦中有兩個分支:一個似乎有助于情境學習,另一個實際上有助于保存信息?!?/p>

與年齡相關的下降

然后,研究人員測試了年齡對這個回路的影響。他們發現年齡較大的老鼠(14個月)在t -迷宮任務中表現更差,它們的AV神經元也更不容易興奮。然而,當研究人員人為地刺激這些神經元時,老鼠在任務中的表現顯著提高。

提高這一記憶任務表現的另一種方法是刺激前額皮質,它也經歷了與年齡相關的衰退。然而,研究人員發現,激活前額葉皮層也會增加小鼠的焦慮程度。

“如果我們直接激活內側前額葉皮層的神經元,它也會引發與焦慮相關的行為,但這不會發生在AV激活期間,”張說?!芭c前額皮質相比,這是激活AV的一個優勢?!?/p>

研究人員說,如果一種非侵入性或微創性技術可以用來刺激人類大腦中的這些神經元,它可能提供一種幫助防止與年齡有關的記憶衰退的方法。他們現在正計劃對前丘腦的神經元進行單細胞RNA測序,以找到遺傳特征,從而可以用來識別那些可能成為最佳目標的細胞。

這項研究部分由Broad研究所的Stanley精神病學研究中心、麻省理工學院的Hock E. Tan和K. Lisa Yang自閉癥研究中心以及麻省理工學院的James和Patricia Poitras精神疾病研究中心資助。

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