• Thursday June 27,2019

Izlaganje memorije: priča o PKMzeta

Anonim

[ Ovo je drugi od tri isprepletena postova na PKMzeta - molekula koja čuva naše sjećanja netaknutom ]

Imate telefonski broj vrućeg datuma - vitalni dio informacija koje morate držati na sigurnom mjestu. Napišete ga u notepad, spremite ga na datoteku na računalu i pokušate ga izvršiti u memoriju. Ova treća metoda - ona koja uključuje vaš mozak - vrlo je drugačija od ostalih.

U drugim formatima, stabilnost je norma. Tinta na papiru ne bi nestala (barem ne stoljećima). Magnetske informacije na tvrdom disku neće se spontano preurediti. Ako materijal ne pati od tjelesne ozljede, podaci koji su snimljeni unutar njih će biti test vremena. U vašem mozgu, sudbina informacija je mnogo manje sigurna.

U posljednjem desetljeću, znanstvenici su otkrili da je potrebno aktivno i neumoljivo truditi da naše sjećanje ostanu netaknute. Čak i dugoročne uspomene stalno su na rubu brisanja. Kako bismo ih održavali, moramo neprestano stvoriti protein zvan PKMzeta. Ova je molekula motor sjećanja, neprestano se trgajući za pohranjivanje informacija u mozak. Dajte motoru poticaj, a stare uspomene dobivaju novi ugovor o životu. Isključite ga i zaboravimo stvari.

, trajno.

Kada naučimo nove stvari, PKMzeta se pojavljuje na prazninama između neurona (sinapsi) i pojačava signale koji prolaze preko njih. To pojačava veze između neurona s obje strane, a ova mreža poboljšanih veza je fizičko utjelovljenje naših uspomena. "Sinapsa s PKMzeta je dvostruko jača nego inače", kaže Todd Sacktor iz SUNY Downstate Medical Centera koji je vodio put otkrivanja tajni proteina. ( Vidi "Todd Sacktor govori o memorijskom motoru" )

*****

Ideja da bi proteini mogli pomoći pri pohranjivanju uspomena je stari. Francis Crick, jedan od trojice znanstvenika koji su otkrili strukturu DNK, predložio je to 1984. godine. No, početkom 21. stoljeća, pali su se u korist. Znanstvenici su pronašli mnoge molekule važne za stvaranje dugoročnih uspomena, ali ne i za pohranu. Kad su uspomene bile stabilne, mogli biste izbaciti ove molekule na mali učinak.

U to vrijeme prevladavala se zamisao da su sjećanja pohranjena kroz rast novih sinapa. Mreže neurona postaju snažnije povezane povećanjem broja veza između njih, poput gradova koji grade više cesta među njima.

Ali u posljednjih pet godina, Sacktorovo istraživanje izazvalo je ovo stajalište. Godine 2006. pokazao je da je PKMzeta od vitalnog značaja za skladištenje dugoročnih prostornih sjećanja u hipokampusu. Tim je uspio izbrisati nedavno pohranjene uspomene u mozgu štakora ubrizgavanjem ih ZIP-om, kemikalijom koja neutralizira PKMzeta. Godinu dana kasnije, zajedno s Yadin Dudai i Reut Shema na Weizmann Institutu za znanost iz Izraela, Sacktor je upotrijebio ZIP kako bi izbrisao štakorske nepoželjne učinke za umjetni zaslađivač, ubrizgavanjem drugog dijela mozga uključenog u okus. Čak je izbrisao i vrlo snažne uspomene koje su bile pohranjene prije nekoliko mjeseci, a to je učinilo nepovratno.

To su bili zadivljujući rezultati. Sada, tim je zapečaćen njihov slučaj radeći suprotno - jačanje starih uspomena učitavanjem štakora s dodatnim PKMzeta. Oni su ubrizgali glodavce virusima koji nose bjelančevine, prije nego što ih podučavaju kako bi izbjegli okus sladila. Uz dodatne kopije PKMzeta u svom mozgu, štakori su morelki sjetili svoje nelagode. Čak i ako je tim ubrizgavao viruse tjedan dana nakon treninga štakora, kada je njihova odbojnost prema zaslađivačima počela blijedjeti, ona je pojačavala njihove smeće.

"Više starih uspomena bila su robusno pojačana. Ovi rezultati nemaju presedan ", kaže Sacktor. Druge su skupine pronašle načine za jačanje novih sjećanja, od spavanja do ponovljenih istih informacija. Ubrzo imamo lijekove koji rade istu stvar. Ali jednom kad se naše sjećanje prebaci na dugoročno skladištenje, PKMzeta je jedna od nekoliko molekula koje ih mogu pojačati i jedini koji djeluje u zdravih pojedinaca. (Vidi "Jedan protein može ojačati stare izblijedjele uspomene ")

Ako možete izbrisati ili potaknuti stare uspomene ugađanjem pojedinačnog proteina, memorije se ne mogu pohraniti samo rastom novih sinapsa. Umjesto toga, Sacktor smatra da pohranjujemo nove uspomene povećavajući snagu sinapsa, a ne njihov broj, poput gradova koji dodaju dodatne trake na ceste između njih, a ne gradnju novih. "To je prava revolucionarna promjena u tome kako neuroznanstvenici misle o sjećanju", kaže Sacktor.

*****

Sjećanja su formirana, sinapsi su zauzeta mjesta. Genet koji daje upute za izradu PKMzete je uvijek uključen, ali u većini neurona postoji blokada koja sprečava slijediti ove upute. Potrebno je veliki odbor signalnih molekula za podizanje blokade, pokretanje proizvodnje PKMzeta i paljenje memorijskog motora.

Nakon što je napravio, PKMzeta vjerojatno traje samo nekoliko dana. Dakle, naši sinapsi moraju stalno nadopunjavati svoju opskrbu ovom bjelančevinom, ako ćemo zadržati stabilne dugoročne uspomene. Srećom, niz kružnih kemijskih reakcija osigurava da jednom neuroni nastave proizvoditi PKMzeta, ne zaustavljaju se. Jednom kad motor s memorijom počne zujati, može se nastaviti na neodređeno vrijeme. Ako su pokusi sa štakorima vodič onome što se događa u ljudima, "PKMzeta je već desetljećima ostao u istoj sinapsi", kaže Sacktor. "To nije ista molekula, ali se stanovništvo održava na visokoj razini za možda stotinu godina."

PKMzeta djeluje povećanjem razine AMPAR-a, proteina koji sjedi na sinapsi i omogućuje brzim signalima da putuju preko njih. Uobičajeno, AMPAR je uhvaćen u tegljaču između proteina koji ga pokušavaju povući prema sinapsi i drugima koji ga odvlače. PKMzeta zamahuje u bitci u korist bivše skupine. Kada je oko, AMPAR se kreće prema sinapsi u velikom broju. Svaki dolazak jača sinapsu.

Ovo je stalna bitka. Drugi proteini uvijek pokušavaju voziti AMPAR daleko od sinapse, pa se PKMzeta mora boriti da bi je zadržao tamo. Zato je jednostavno izbrisati sjećanja s ZIPom. Ako se riješite PKMzeta, mijenja se bitka, AMPAR se udaljava, sinapsi slabe, a sjećanja su zaboravljena.

Implikacije toga su zapanjujuće. To znači da je vaš mozak stalno na rubu brisanja sebe. To je trajno vozilo memorijskog motora koji ga sprječava da se ponovo napiše u prazno stanje. "Naše zadano stanje nije znanje!", Kaže Sacktor. "Prazna nirvana je naša sklonost!"

Ovo nije ni ljudska stvar. David Glanzman i Wayne Sossin pokazali su da kalifornijska morska puž ima svoju verziju PKMzete i ako ga blokirate, evo i gle, brišete dugoročne uspomene životinje. Isto vrijedi i za voćnu muhu. Sjećanje je drevni evolucionistički izum.

Također je univerzalno za različite vrste memorije. Pomoću ZIP-a, Sacktor i drugi uspjeli su izbrisati sve vrste dugoročnih uspomena, od strahova do mjesta do fizičkih vještina. "Primjenjuje se na sve dijelove mozga koji pohranjuju različite vrste memorije kao što je hipokampus koji pohranjuje informacije o mjestu, ili amydgala koja pohranjuje strahove ili motorske uspomene u motornom traku", kaže Sacktor. "Oni sve koriste PKMzeta."

Na prvi pogled, ovo se čini neobičnim. Sjećanja su nevjerojatno važna, pa zašto se oni uvijek stvaraju na rubu nestanka? Vjerojatno ima veze s fleksibilnošću. Ranjiva priroda naših uspomena omogućuje nam da lako ažuririmo cijelu našu mrežu novim informacijama. Bez te fleksibilnosti nećemo biti sposobni za učenje novih stvari - mana koja je jednako opasna kao prijetnja gubitkom memorije.

Jednostavna priroda sustava PKMzeta može još lakše kontinuirano ažurirati naše uspomene. "Sustavi za pohranu podataka, bez obzira na to što gledate, obično su vrlo jednostavni", kaže Sacktor. Tvrdi disk koristi samo jednu vrstu skladišta - magnetski naboj na disku za predenje. Naravno, informacije koje su kodirane u uzorku nula i one su nevjerojatno komplicirane.

"Analogno, to je struktura cijelog mozga koja je nevjerojatno komplicirana i daje vam vrstu memorije koju pohranjuje PKMzeta. Na primjer, amigdala je važna za strah, motorni korteks je važan za kretanje, a vizualni korteks je važan za gledanje. Svaki od njih ima svoj kompleksni jezik, ali u konačnici dugoročna trgovina i dalje će biti jednostavna shema nula i one - PKMzeta ili ne. Analogija za DNK je da imate četiri baze - to bi moglo biti stotine, ali to je mali broj. "

*****

Ova je priča daleko od potpune. Znamo puno više o memorijskom motoru nego što smo to učinili prije deset godina, ali popis neodgovorenih pitanja je ogroman. Kada se nešto sjećamo, naše sjećanja ponovno ulaze u krhku državu kad ih se može uređivati ​​ili prepisati - je li to zato što se PKMzeta mora uništiti i ponovno stvoriti? Kako novoformirana PKMzeta uspijeva pronaći sinapse koje su već označene s ovim proteinima? Što sprječava da svi neuroni u našem mozgu postanu zasićeni s PKMzeta? Kako spavanje utječe na razine PKMzete na sinapsi? I počinje li s memorijskim motorom imati problema dok stariramo?

Prije svega, možemo li ugađati motor da se riješi neželjenih uspomena? Možemo li ga manipulirati kako bi potaknuli stare, izblijedjele, kod osoba s demencijom? I igra li s memorijom otvoriti etički Pandorinu kutiju? " U početku sam bio zabrinut ako je nekako pao u pogrešne ruke", kaže Sacktor. "[Ali] to nije samo o distopijskim fantazijama o stvaranju zombija ili toying s ljudima sjećanja. Mislim da će stvarni dobitak daleko nadmašiti potencijal za loš.

Prednosti nadilaze očigledne kandidate poput trauma i ovisnosti. "Postoji stanje nazvane sindrom središnje neuropatske boli", kaže Sacktor, gdje ljudi privuku prst u vratima automobila, a čak i nakon što ozljeda iscjeljuje, u središnjem živčanom sustavu postavlja se memorija za bol. ZIP je također mogao izbrisati. "Doista, Min Zhuo sa Sveučilišta u Torontu uspio je ublažiti ovu vrstu boli kod miševa ubrizgavanjem ZIP-om.

No, za Sacktor, prava vrijednost njegovog rada u PKMzetu otkriva kako naše mozak funkcionira. Praktične koristi od toga slijede. "Imamo prvo razmišljanje o tome koliko su dugotrajne memorije i informacije pohranjene u mozgu. To je važno za razumijevanje kako smo ljudi. Mi smo naša sjećanja - naša se mentalna stanja temelje na svemu što smo naučili. Ne možete napraviti tehnološku stranu bez prethodnog istraživanja. Ne možete se nadati liječenju ovisnosti ili posttraumatskog stresnog poremećaja na temeljni način sve dok stvarno ne znate kako ti procesi funkcioniraju. "

*****

Reference:

  • Pastalkova, E. (2006). Skladištenje prostornih informacija pomoću mehanizma održavanja LTP znanosti, 313 (5790), 1141-1144 DOI: 10.1126 / science.1128657
  • Shema, R., Sacktor, T., & Dudai, Y. (2007). Brzo brisanje dugoročnih memorijskih asocijacija u Cortexu, inhibitor PKM Science, 317 (5840), 951-953 DOI: 10.1126 / science.1144334
  • Sacktor, T. (2010). Kako PKMζ održava dugoročnu memoriju? Nature Reviews Neuroscience, 12 (1), 9-15 DOI: 10.1038 / nrn2949
  • Migues, P., Hardt, O., Wu, D., Gamache, K., Sacktor, T., Wang, Y., & Nader, K. (2010). PKMζ održava sjećanja regulacijom GluR2-ovisnog AMPA receptora, Nature Neuroscience, 13 (5), 630-634 DOI: 10.1038 / nn.2531

Više o PKMzeta

  • Jedan protein može ojačati stare izblijedjele uspomene
  • Todd Sacktor govori o memorijskom motoru

Više o sjećanju:

  • Ubrizgavanje i drijemež: dva načina jačanja sjećanja
  • Ponovno prepričavajući strašne uspomene vraćajući ih na pamet
  • Sjećanja se mogu ojačati dok spavamo pružajući odgovarajuće okidače
  • Čuvari straha - molekule koje pružaju sigurnosne mreže za zastrašujuće uspomene
  • Brisanje memorije otkriva neurone koji ga kodiraju
  • Lijek za beta-blokator briše emociju strašnih uspomena
  • Lijekovi i poticajna okolina obrćuju gubitak pamćenja kod mozga oštećenih miševa
  • Čak i bez prakse, spavanje poboljšava pamćenje pokreta


Zanimljivi Članci

Legende "Hobita"

Legende "Hobita"

Kao i mnogi ljudi, slijedim priče o hobitima Floresa, H. floresiensis, s nekim zanimanjem od 2004. I, kao i većina ljudi, nemam osobnu stručnost ili vještinu koja je relevantna za procjenu jesu li ove navodne vrste hominin je nova vrsta (za razliku od patološkog modernog čovjeka). Pa kako ćemo procijeniti novi PLOS ONE članak koji se spušta na stranu da je to nova vrsta? Prvo, m

Buldogs, inbreeding i korelirani odgovor

Buldogs, inbreeding i korelirani odgovor

Posljednji od španjolskih Habsburgovaca New York Times ima dugu stvar, može li se buldog spasiti? U velikoj mjeri riječ je o usporedbi s problemima s čistokrvnim psima. Domaći psi puno su više homozigotni od ljudi. To jest, za njihove dvije genetske kopije oni imaju veću vjerojatnost da pokazuju sličnost od ljudi. To je

Juno na putu prema Jupiteru!

Juno na putu prema Jupiteru!

Vožnja na plamenu vatre iz Atlas V rakete, misija NASA-e Juno pokrenula je u 16:25 UT (12:25 istočnoeuropski vremen) na putu prema Jupiteru. Juno će potrajati 5 godina da dođete do Jupitera, uzimajući 3 milijardu kilometarsku stazu. U listopadu 2013. ponovno će proći Zemlju, koristeći se gravitacijom Zemlje i njegovim gibanjem oko Sunca da ukrade malenu količinu naše energije i pomogne je prema vanjskom Sunčevom sustavu. Odavde će

Naše Sunce svibanj su se preselili iz njegovog galaktičkog rodnog mjesta

Naše Sunce svibanj su se preselili iz njegovog galaktičkog rodnog mjesta

Naše sunce, koje se nalazi 26.000 svjetlosnih godina od središta Mliječne staze, možda je rođeno u nekom drugom dijelu galaksije, a kasnije se doselilo na njegovu trenutnu poziciju, otprilike na pola puta prema vanjskom rubu galaksije. Nova studija prkosi konvencionalnoj mudrosti da zvijezde provode cijeli životni vijek u istoj galaktičkoj regiji, te dovodi u pitanje astronomska teorija da galaksije imaju određene fiksne "naseljive zone" u kojima se vjerojatnije evoluira život. "N

Twitterov najveći hitovi - i najveće Miss

Twitterov najveći hitovi - i najveće Miss

iStockphoto Kao niti jedna društvena medijska platforma od Facebooka, Twitter-a "microblogging " korisnici mogu koristiti za emitiranje 140-znakovnih poruka - uhvatili su fasciniranost svjetskih medija, javnosti, pa čak i rijetkog svijeta slavnih osoba. Iako je broj stvarnih Twittera relativno mali - oko 14 milijuna korisnika, u usporedbi s Facebookom 200 milijuna - rast tog mjesta je bio fenomenalan, a korisnici su u 2008.

Hoće li deklaracija Vatikana o globalnom zatopljenju utjecati na cjelokupnu raspravu o klimatskim promjenama?

Hoće li deklaracija Vatikana o globalnom zatopljenju utjecati na cjelokupnu raspravu o klimatskim promjenama?

Ovo je gostujući post dr. Jamie L. Vernona, znanstvenog istraživača HIV-a i nastojanja za politiku, koji se nedavno preselio u DC kako bi dobio okus akcije Papinska akademija znanosti, Vatikanski nezavisni znanstveni panel, proglasio je da se mora poduzeti globalna akcija o klimatskim promjenama kako bi se izbjegle "ozbiljne i potencijalno nepovratne posljedice globalnog zatopljenja uzrokovane antropogenim emisijama stakleničkih plinova. &q