Közvetlen kapcsolatot találtak az agy memória- és érzékszervi feldolgozó központjai között
Egy újonnan azonosított agyi áramkör keveri az érzékszervi információkat, az emlékeket és az érzelmeket, hogy megmondja, a dolgok ismerősek vagy újak – és fontosak vagy csak háttérzajok. A NYU Grossman School of Medicine kutatóinak vezetésével készült tanulmány megállapította, hogy egy olyan áramkör, amely üzeneteket szállít az érzékszervi információkat feldolgozó agyi régiótól, az entorhinális kéregtől (EC) a hippokampuszban (HC) található memóriafeldolgozó központba, rendelkezik egy korábban nem ismert útvonallal, amely közvetlenül az EC-be viszi vissza az üzeneteket.
A Nature Neuroscience című szakfolyóiratban február 18-án online megjelent tanulmány eredményei azt mutatják, hogy ez a közvetlen visszacsatolási hurok elég gyorsan küld jeleket ahhoz, hogy az emlékek és érzelmek összefüggésében vizsgálva az egyes tárgyakhoz és helyekhez kapcsolódó látványokat és hangokat azonnal fontosabbnak jelölje meg.
„A miénk az első anatómiai és funkcionális elemzése mind az új közvetlen hippokampusz-agykérgi visszacsatolási huroknak, mind az évtizedekkel ezelőtt felfedezett közvetett huroknak.” – mondta Jayeeta Basu, PhD, a NYU Langone Health Pszichiátriai és Idegtudományi Tanszékének adjunktusa. „A huzalozásukban, időzítésükben és elhelyezkedésükben talált különbségek arra utalnak, hogy a hurkoknak önálló, de párhuzamos szerepük van, amelyek lehetővé teszik, hogy együttműködjenek a még összetettebb információk kódolásában”
A kutatók szerint a két agyi régió közötti kölcsönhatás jobb megértése új megoldásokat hozhat a kapcsolódó áramkörökben jelentkező problémákra. Például arra, amikor a poszttraumás stressz szindrómában szenvedő betegek a múltbeli trauma és a jelenlegi hangos zajok megkülönböztetésével küzdenek, vagy az autista gyermekek érzékszervi túlterheltségére, a tárgyak megkülönböztetésében, vagy az emberekkel való interakcióikban.
A vizsgált áramkör régóta ismert modellje szerint a hippokampusz (HC) a külvilágról szóló érzékszervi információkat az entorhinális kéreg (EC) 2. és 3. felszíni rétegétől kapja, de jeleket csak úgy küld vissza az EC-nek, hogy közvetett módon először egy mély EC-rétegbe (5. réteg) vezetékezi azokat, amely aztán az EC 2. és 3. felszíni rétegébe továbbítja. A közvetett útvonal időbeli késedelmet okozhat, amely megváltoztatja a HC visszacsatolási jeleket.
A kutatócsoport egy második hurkot is talált, amely közvetlenül összekapcsolja a HC-t az EC 2. és 3. rétegével, így a HC-ben tárolt emlékek és érzelmek a tanulás részeként gyorsan súlyt adhatnak az észlelt látványoknak és hangoknak. A szakterület paradoxonja volt, hogy nem ismert közvetlen útvonal, amely a hippokampusz memóriaközpontját az agy érzelmi központjával, az amygdalával összekötné. Az EK-val való újonnan felfedezett útvonal közvetlen kapcsolatként szolgálhat.
A tanulmány feltérképezi az agysejtek közötti kapcsolatokat is, amelyek azon a képességen alapulnak, hogy töltött részecskéket pumpálnak át csatornákon, töltésegyenlőtlenségeket (potenciálokat) építve fel a membránok mentén. A megfelelő jelre a sejtek megnyitják csatornáikat, lehetővé téve a részecskéknek, hogy elektrokémiai erő hatására kiáramoljanak (depolarizálódjanak), ezek a töltésáramlások pedig kapcsolóként működnek.
A jelátviteli pályákon lévő agysejtek tüzelnek, mivel membránpotenciáljuk eltolódik, ami az egyes idegsejtek nyúlványait (axonokat) depolarizációra készteti, amíg az elektromos impulzus el nem éri a szinapszist, a két sejt közötti rést. Amikor eléri a rést, az elektromos impulzus kémiai jellé alakul át, amely vagy felfelé (gerjesztő) vagy lefelé (gátló) fordítja a következő sejtnek továbbított üzenet erejét, és ezek variációja alakítja ki a gondolatok és emlékek alapjául szolgáló jeleket.
A mostani kísérlet először mérte meg ezeket a tulajdonságokat mindkét hurokban. Dr. Basu csapata úgy találta, hogy a korábban ismert indirekt hurok gyakran vált ki gerjesztő, mindent vagy semmit jeleket, úgynevezett akciós potenciálokat, nagy depolarizációkat, amelyek frekvenciájuk alapján kódolják az információt. Az új, közvetlen visszacsatolási hurok azonban ugyanarra a bejövő jelerősségtartományra reagálva erős gátlást vált ki az EC 2. és 3. rétegében lévő agysejtekben (neuronokban), és soha nem vált ki akciós potenciálokat. Ehelyett kis depolarizáló potenciálokat küld a HC-ből a 2. és 3. EC-rétegekbe. A szerzők szerint ezek a finom, ismétlődő jelek más agyi régiókból érkező üzenetekkel kombinálva bonyolultabb számításokat, gyorsabb tanulást és nagyobb plaszticitást, a neuronok közötti kapcsolatok megerősödését teszik lehetővé.
A kutatócsoport a továbbiakban azt tervezi tanulmányozni, hogy az érzelmekkel és emlékekkel kapcsolatos hippokampusz-kimenet hogyan alakítja a prefrontális kéreg döntéshozatali funkcióit vagy a félelem érzelmi kódolását az amigdalában. A kutatócsoport azt is meg fogja vizsgálni, hogy mi történik az általuk újonnan felfedezett közvetlen áramkörrel az öregedés során és az Alzheimer-kórban a kísérleti egereknél, és ennek párhuzamai az embernél.