Nyopdaget hjernecelle kaster lys over dannelsen af minder

Forskere har længe vidst, at den del af hjernen, der kaldes hippocampus, er afgørende for lagring af indtryk og evnen til at huske.

En af de aktiviteter i hippocampus, der er forbundet med hukommelsen, er tilstedeværelsen af ​​såkaldte sharp wave ripples (SWR). Det er korte, højfrekvente elektriske hændelser genereret i hippocampus, og de menes at repræsentere en større begivenhed, der sker i hjernen i den såkaldte episodiske hukommelse. Den type hukommelse refererer til episoder, der fandt sted i et menneskes liv - som barndomsminder, erindring om det første stævnemøde eller evnen til at huske et gammelt telefonnummer.

Men det er stadig uklart, hvad der sker i hjernens søhesteformede strukturer - hippocampus - når SRW'er bliver genereret.

Nu kaster en ny undersøgelse lys over eksistensen af ​​en nervecelle i musens hippocampus, der kan være en nøgle til bedre forståelse af episodisk hukommelse.

Professor Marco Capogna og adjunkt Wen-Hsien Hou fra Institut for Biomedicin ved Aarhus Universitet har bidraget til opdagelsen af ​​det nye neuron, der er forbundet med SWR’er og hukommelse. Undersøgelsen blev for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Neuron i samarbejde med professor Ivan Soltesz' gruppe ved Stanford University.

Kan hænge sammen med demens og Alzheimers

Undersøgelsen dokumenterer den nye neurontype - eller nervecelle - i hippocampus, definerer dens funktionelle rolle i hjernen, afslører dens forbindelse med andre nerveceller og hjerneområder og fremmer forståelsen af det ​​hjernekredsløb, der ligger til grund for de hurtige hjernebølger, der ofte er forbundet med hukommelse.

"Vi har fundet ud af, at den nye type neuron er maksimalt aktiv under SWR'er, når musen er vågen - men stille - eller dybt sovende. I modsætning er neuronen slet ikke aktiv, når der er en langsom, synkroniseret neuronal aktivitet kaldet "theta", der kan opstå, når dyret er vågent og bevæger sig eller i en bestemt type søvn, som normalt opstår, når vi drømmer, siger professor Marco Capogna.

På grund af denne aktivitet kaldes denne nye type neuron theta off-ripples on (TORO).

Undersøgelsen er relevant for eksperter inden for hukommelse, hippocampus og neurale kredsløb. Men studiet kan også være interessant for andre, der er interesserede i, hvordan hjernen fungerer i hukommelsesprocessen.

"Hvorfor er TORO-neuroner så følsomme over for SWR'er? Studiet forsøger at besvare dette spørgsmål ved at beskrive TORO-neuroners funktionelle forbindelse med andre neuroner og hjerneområder, en tilgang kaldet kredsløbskortlægning. Vi har fundet ud af, at TORO'er aktiveres af andre typer neuroner i hippocampus, nemlig CA3 pyramidale neuroner og hæmmes af input fra andre hjerneområder, såsom skillevæggen Septum,” siger Marco Capogna.

"Ydermere finder undersøgelsen, at TORO'er er hæmmende neuroner, der frigiver neurotransmitteren GABA. De sender deres output lokalt – som de fleste GABAerge neuroner gør – inden for hippocampus, men projicerer og hæmmer også andre hjerneområder uden for hippocampus, såsom septum og cortex. På denne måde udbreder TORO-neuroner SWR-informationen bredt i hjernen og signalerer, at der er sket en hukommelsesbegivenhed,” forklarer han.

Holdet har overvåget neuronens aktivitet ved at bruge elektrofysiologi - en teknik, der detekterer neuronernes aktivitet ved at måle spænding versus tid, og ved at bruge billeddannelse, der registrerer aktivitet ved at måle ændringer i calciumsignalering inde i neuronerne.

Et vigtigt næste skridt ville være at påvise en årsagssammenhæng mellem aktiviteten af ​​TORO-nerveceller og hukommelse. Endvidere vil det være interessant at dokumentere, om hæmning af TORO-neuroner og SRW'er forekommer ved demens og Alzheimer's sygdom, der forårsager hukommelsestab.

Kontakt

Professor Marco Capogna
Aarhus Universitet, Institut for Biomedicin
Telefon: +45 93508470
E-mail: marco.capogna@biomed.au.dk

Bag om forskningsresultatet:

• Fakta om studietype: Undersøgelsen er grundforskning. Data fra musehjernen blev udvundet ved hjælp af elektrofysiologi (spænding versus tid), billeddannelse (måling af calcium inde i nervecellerne) og immunhistokemi (visualisering af fluorescerende markører inde i nervecellerne). Dataen analyseres med software og testes statistisk.
• Samarbejdspartnere: Stanford University, Harvard University og Massachusetts Institute of Technology.
• Ekstern finansiering: American National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) og National Institute of Mental Health (NIMH) fra National Institutes of Health (NIH). Endvidere er projektet delvist finansieret af en Lundbeckfond-NIH-bevilling til Marco Capogna, Institut for Biomedicin ved Aarhus Universitet.
• Læs den videnskabelige artikel: Ripple-selective GABAergic projection cells in the hippocampus - ScienceDirect