长期的学习需要新的神经绝缘

在小鼠研究增加了证据的忽视长期记忆存储髓鞘的作用

通过 皮特·法利

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学习一个月后,新的髓鞘(绿色)一直在成年小鼠的内侧前额叶皮质添加到现有的髓鞘化(品红色)。 Image credit: Chan & Kheirbek labs

MOST记忆褪色在几天或几周内,而一些持续数月,数年,甚至终身。某些经历什么假允许这样的长效我们的神经回路的印记?这是神经生物学的古老的问题从未得到解决,但新的证据指向一个令人惊讶的新的答案。

在二月发表的一项研究。 10,2020年,在 自然神经科学圣旧金山加州大学的科学家们发现,老鼠快速学习的响应可怕的感知情况是威胁,但对于这样的反应条件,成为持久的,需要的脑细胞,以增加绝缘材料的量髓鞘叫,这可能有助于加强和稳定新形成的神经连接。

根据加州大学旧金山分校的研究人员继续研究髓鞘的这个角色在学习有一天可能会导致对苦难新的治疗方法:如创伤后应激障碍(PTSD),在这种不必要的,侵入性记忆不断地检索,因为他们是如此强烈编码在大脑中。

“我们发现一个单一的,简单的恐惧学习经验可导致髓鞘形成的长期变化和内甚至可以一个月后检测脑相关的神经生理变化,说:”研究报告的作者 马赞kheirbek博士,精神病学系助理教授的一员 加州大学旧金山分校威尔研究所神经科学.

马赞kheirbek headshot
马赞kheirbek,博士学位。 照片由诺亚伯杰

“调查的新髓鞘形成的适应性和学习适应不良的作用是学习和记忆的两个基本认识机制,以及为确定新的目标情绪和焦虑症的治疗中一个重要的机会,”我说。

kheirbek,加州大学旧金山分校的神经回路的研究重点产生情绪和焦虑有关的行为,共同监督的研究, 陈约拿博士,威尔学会会员和黛比和安迪·拉彻莱夫在神经内科,其研究重点是如何在大脑和为什么它创建衰变在多发性硬化症(MS)髓鞘特聘教授。

这越来越多的证据起着学习髓鞘的作用

髓鞘是由细胞称为少突胶质细胞的大脑,这几百倍自己环绕某些关键的神经元发出的轴突分支冷弯在早期发育过程。 ESTA形式的蛋白质和脂肪的厚鞘的作用就像一个绝缘体围绕的电缆,电信令加强和在神经通路超速连接一个神经元到下一个。

陈约拿 working in lab
约拿议员,博士学位。 照片由史蒂夫babuljak

ESTA保温是大脑最繁忙的信息高速公路很好的作用,比如高速的神经纤维可以延伸3英尺也就是说以上,让你的大脑几乎指挥过你的身体瞬间的肌肉。这种髓鞘损伤和肌肉的相关损失是控制MS的标志,但相对很少关注被赋予的也髓鞘发生在健康成人大脑动态变化的可能性。

然而,在过去的几年中科学家发现新的髓鞘形成在大脑在长期的学习,特别是在运动学习(MICE学习复杂的车轮运行,例如用于)和空间学习(小鼠学习找到自己的方式回到具体位置在迷宫)。

科学家们已经知道了几十年,最初学习依赖于大脑的通过形成之间的新的神经连接重新布线本身的能力。这些新的研究代表了越来越多的证据髓鞘的加固和维护这些新的连接能力可能确定是什么使某些记忆棒。

可以髓鞘稳定强劲持久的记忆

这项新研究中注意到这些发现更进了一步,显示出髓鞘改变了发挥的作用不仅是在关键的动物的肢体动作,但在放下现在的持久情感记忆。

当小鼠接受电温和足休克调理室中不同的上下文线索,他们很快就学会了冲击与此特定的上下文关联的:当他们后来回到同一室,他们冻结,即使在没有冲击。这被解释为恐惧想起行为表现。

在他们的新研究中,加州大学旧金山分校的研究人员确定收购足部电击的记忆就是这样,通过mPFC中,对于重要的长期记忆的形成一个大脑区域增加髓鞘的形成陪同。

EM of myelinated axons in control mouse
EM of myelinated axons in conditioned mouse
高分辨率电子显微镜图像显示髓鞘的轴突在小鼠的内侧前额叶皮层增加(黑眼圈)的数量在经历恐惧学习(右)正常小鼠相比(左)。 Image credit: Chan & Kheirbek labs

无论以测试动物学习新的髓鞘被ESTA需要,反复实验研究小鼠基因改造而无法形成新的髓鞘。最初,这些小鼠愣在调理室,但正常小鼠出现了不同怕他们逐渐消失后大约一个月。研究人员认为,不需要为最初的学习新的髓鞘的形成,但起着巩固和持久的恐惧记忆维护一个特定的角色。

因为髓鞘作用以提高的速度和沿轴突传递信号的效率,髓鞘形成在五月影响的重大变化电信令模式的神经网络内。他们在研究人员最新研究发现,失去的能力到形成新的髓鞘产生在小鼠前额叶皮层神经元的活动的长期变化。

西蒙面包,在加州大学旧金山分校的医学博士/博士课程的研究生和新的第一作者 自然神经科学 研究中,概念化,培训与Chan和kheirbek实验室之间的跨学科项目。

“这项研究是我们的大脑是如何重塑自身响应的学习经验理解显著进步,”潘说。 “髓鞘的一项基本属性是它的稳定性,独特的位置,有哪家持久的支持,甚至终身,在人类,老鼠和其它动物的记忆。”

可塑性能帮助理解髓鞘治疗创伤后应激障碍

在一个实验中,小鼠UCSF的研究人员首次发现,治疗用抗组胺药富马酸氯马斯汀,一个潜在的MS治疗 陈在2014年确定的 这作品增加髓磷脂生产,显示了条件恐惧记忆的异常强大的长期召回。

两位作者的研究指出,战争退伍军人的磁共振成像(MRI)PTSD随着这表明他们已经在大脑髓鞘的海马含量增加,随着整合的经验相关的区域,从短期到长期记忆相互转移。

“这就提出了可能在创伤后应激障碍的病理生理牵连异常髓鞘形成的可能性,” kheirbek说。 “创伤后应激障碍的反应患者中观察到的强烈的恐惧可比作展出增加髓鞘形成由氯马斯汀治疗小鼠的增加的恐惧反应。可能是可塑性髓鞘学习熟练的钢琴演奏是有益的:如记忆或位置,但如果这也导致不利的执着,恐惧泛化的检讨应对日常情况“。

陈补充说,“那我们现在看到的髓鞘少突胶质生成的过程可以在普通成年人的大脑颇具动感。它的可塑性,响应体验的一种形式,这会导致持久的变化。这是一个非常新的概念,我们在探索的初期“。

作者: 这项研究的其他合着者包括加州大学旧金山分校的博士后研究员索尼娅市长博士和研究助理崔慧的太阳。

资金: 这项研究是由美国国立卫生研究院,阿德尔森医学研究基金会,Rachleff家庭养老,威尔学者奖,皮尤慈善信托基金,以斯帖资助。和约瑟夫Klingenstein基金,和一心新星奖。

信息披露: 作者声明没有竞争利益。

美国加州大学旧金山分校(UCSF)是专注于健康科学,致力于通过先进的生物医学研究,在生命科学和健康专业的研究生层次教育和卓越的病人护理促进全球健康。 UCSF医疗,作为加州大学旧金山分校的主要学术医疗中心,包括 世界排名第一的专业医院 和其他临床方案,并在整个海湾地区的隶属关系。