长期的学习需要新的神经绝缘

在小鼠研究增加了证据的髓鞘忽视的作用在长期记忆存储

通过 皮特·法利

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学习一个月后,新的髓鞘(绿色)一直在内侧前额叶成年小鼠的大脑皮层添加到现有的髓鞘化(品红色)。 Image credit: Chan & Kheirbek labs

大多数的记忆褪色在几天或几周内,而一些持续数月,数年,甚至终身。什么让某些经验,在我们的神经回路留下这样一个持久的印记?这是神经生物学的古老的问题从未被解决了,但新的证据指向一个令人惊讶的新的答案。

在发表的一项研究二月10,2020年,在 自然神经科学,加州大学旧金山分校的科学家们发现,小鼠很快学会视为威胁的情况下一种可怕的反应,但对于这样的条件应成为长期的,需要的脑细胞,以增加被称为髓磷脂的绝缘材料,其可用于加固量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新的治疗病痛,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,并且甚至可以一个月后检测大脑内的神经电生理相关的变化,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建立对神经科学.

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

“研究的新髓鞘形成的适应性和学习适应不良的作用既是理解学习和记忆,以及用于识别情绪和焦虑症的治疗新靶点的基本机制的重要机会,”他说。

kheirbek,其研究在加州大学旧金山分校的重点是产生情绪和焦虑相关行为的神经回路,共同监督的研究, 陈约拿博士,一个威尔机构成员和黛比和安迪·拉彻莱夫在神经内科,其研究重点是对大脑如何产生髓磷脂和特聘教授为什么它衰变多发性硬化症(MS)。

越来越多的证据髓鞘起着学习的作用

髓鞘是由脑细胞称为少突胶质细胞,其将自己包裹数百次左右从某些关键的神经元发出的轴突分支的早期发展过程中形成的。这种形式的蛋白质和脂肪的厚鞘,其作用类似于周围的电缆的绝缘体,加强和加速电子信号在神经通路连接一个神经元到下一个。

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约拿议员,博士学位。 照片由史蒂夫babuljak

这种绝缘是大脑最繁忙的高速公路信息尤为重要,像高速神经纤维,可以延长3英尺或更多,让你的大脑几乎即时的命令在你的身体的肌肉。这个髓鞘和肌肉控制的相关损失,损害是MS的标志,但相对很少有人注意这种可能性,即髓鞘也可能发生在健康成人大脑的动态变化。

然而,在过去的几年中科学家们长期的学习过程中发现了新的髓鞘化的大脑中形成,特别是在运动学习(小鼠学习复杂的轮上运行,例如)和空间学习(小鼠学习找到自己的方式回到到一个迷宫内的特定位置)。

科学家们已经知道了几十年,学习最初依赖于大脑的通过形成神经元之间的新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强和维护这些新的连接能力,可确定是什么使某些记忆棒。

强大的髓鞘可稳定持久的记忆

这项新的研究需要这些发现更进了一步,显示出在髓鞘的变化不仅在动物的肢体动作,而且在放下持久的情感记忆方面发挥关键作用。

当小鼠在空调室中不同的上下文线索收到一个温和的电足休克,他们很快就学会了冲击与此特定上下文相关联:当他们后来回到同一室,他们冻结,即使在没有冲击。这被解释为的恐惧记忆行为表达。

在他们的新研究中,加州大学旧金山分校的研究人员确定,收购这样足部电击的记忆是伴随着内侧前额叶皮质,脑区为长期记忆的形成重要的髓鞘形成增加。

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,增加了经验丰富的恐惧学习比正常小鼠(左)(右)髓鞘的轴突(黑眼圈)在内侧前额叶皮质的小鼠的数量。 Image credit: Chan & Kheirbek labs

测试是否需要为动物学习这种新的髓鞘,研究人员反复与小鼠基因改造而无法形成新的髓鞘实验。这些小鼠最初冻结在调理室,但与正常小鼠他们的恐惧出现了大约一个月后消失。研究人员得出结论认为,没有必要对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,在髓鞘形成的变化可能神经网络内影响重要的电气信令模式。在他们的新研究中,研究人员发现,失去了形成新的髓鞘的能力产生了小鼠前额叶皮层神经元的活动的长期变化。

西蒙锅,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,概念化和发起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,它的独特地位使其支持持久的,甚至终生,在人类,老鼠和其它动物的记忆。”

了解髓鞘可塑性可能有助于治疗创伤后应激障碍

在一个实验中,加州大学旧金山分校的研究人员发现,小鼠先用抗组胺药富马酸氯马斯汀,一个潜在的MS疗法治疗 陈在2014年确定 通过增加髓磷脂生产的作品,展示了条件恐惧记忆的异常强大的长期召回。

该研究的共同作者指出,战争退伍军人的磁共振成像(MRI),创伤后应激障碍表明,他们已经在大脑的海马增加髓磷脂含量,具有整合的经验,从短期转移他们长期记忆相关的区域。

“这引发了该异常髓鞘可能在创伤后应激障碍的病理生理牵连的可能性,” kheirbek说。 “在PTSD患者中观察到的强烈的恐惧反应可以是与通过具有增加髓鞘形成氯马斯汀处理的小鼠表现出增加的恐惧反应。髓鞘可塑性可能是熟练的学习有益,如演奏钢琴或记住的位置,但也不利,如果它导致持续,恐泛化的检讨应对日常情况“。

陈补充说:“我们现在看到的是少突胶质细胞的产生和髓鞘形成的过程可以在正常成人脑颇具动感。它的可塑性,响应经验,并导致持久的变化形式。这是一个很新的概念,我们在探索的初期“。

作者: 加州大学旧金山分校的研究更多的共同作者包括博士后研究员索尼娅市长,博士和研究助理惠善彩。

资金: 这项研究是由卫生部,阿德尔森医学研究基础上,rachleff家庭养老,一个威尔学者奖,皮尤慈善信托基金,该帖一国家卫生院资助。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健康全世界。 UCSF医疗,其用作UCSF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。