ผลลัพธ์ใหม่เปลี่ยนความคิดเกี่ยวกับเซลล์ประสาทและไซแนปส์เล็กน้อย เว็บสล็อต โดย DON ARNOLD / THE CONVERSATION | เผยแพร่เมื่อ 11 ม.ค. 2022 10:49 น.
ศาสตร์
สุขภาพ
ภาพถ่ายฟิล์มโพลารอยด์ของคนบนชายหาดบนกำแพงที่มีแสงแดดส่องถึง แทนความทรงจำที่เก็บไว้ในสมอง
น้องวี / Unsplash
Don Arnoldเป็นศาสตราจารย์ด้าน Biological Sciences and Biomedical Sciences, USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences เรื่องนี้เดิมมีอยู่ในThe Conversation
อุปกรณ์จัดเก็บหน่วยความจำทั้งหมด
ตั้งแต่สมองไปจนถึง RAM ในคอมพิวเตอร์ จัดเก็บข้อมูลโดยการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพ กว่า 130 ปีที่ผ่านมา นักประสาทวิทยาผู้บุกเบิกSantiago Ramón y Cajalได้เสนอแนะว่าสมองจัดเก็บข้อมูลโดยการจัดเรียงการเชื่อมต่อใหม่ หรือไซแนปส์ระหว่างเซลล์ประสาท
ตั้งแต่นั้นมา นักประสาทวิทยาได้พยายามทำความเข้าใจการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับการสร้างความทรงจำ แต่การแสดงภาพและการทำแผนที่ synapses เป็นสิ่งที่ท้าทายที่จะทำ ประการหนึ่ง ไซแนปส์มีขนาดเล็กมากและอัดแน่นเข้าด้วยกัน พวกมัน เล็ก กว่าวัตถุที่เล็กที่สุด ประมาณ 10 พันล้านเท่า ซึ่ง MRI ทางคลินิกมาตรฐานสามารถมองเห็นได้ นอกจากนี้ยังมีซินแนปส์ประมาณ1 พันล้านไซแนปในสมองของหนูเมาส์ที่นักวิจัยมักใช้ในการศึกษาการทำงานของสมอง และพวกมันทั้งหมดมีความทึบแสงจนถึงสีโปร่งแสงเหมือนกันกับเนื้อเยื่อรอบๆ
อย่างไรก็ตามเทคนิคการสร้างภาพแบบใหม่ที่ฉันและเพื่อนร่วมงานพัฒนาขึ้น ช่วยให้เราสามารถจับคู่ไซแนปส์ระหว่างการสร้างหน่วยความจำได้ เราพบว่ากระบวนการสร้างความทรงจำใหม่เปลี่ยนวิธีที่เซลล์สมองเชื่อมต่อถึงกัน ในขณะที่บางพื้นที่ของสมองสร้างการเชื่อมต่อมากขึ้น แต่ส่วนอื่นๆ ก็สูญเสียมันไป
การทำแผนที่ความทรงจำใหม่ในปลา
ก่อนหน้านี้ นักวิจัยมุ่งเน้นไปที่การบันทึกสัญญาณไฟฟ้าที่ผลิตโดยเซลล์ประสาท แม้ว่าการศึกษาเหล่านี้ได้ยืนยันว่าเซลล์ประสาทเปลี่ยนการตอบสนองต่อสิ่งเร้าโดยเฉพาะหลังจากสร้างความทรงจำแล้ว แต่ก็ไม่สามารถระบุได้ว่าสิ่งใดเป็นตัวขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้น
เพื่อศึกษาว่าสมองเปลี่ยนแปลงอย่างไร
เมื่อสร้างหน่วยความจำใหม่ เราได้สร้างแผนที่ 3 มิติของการประสานของ zebrafish ก่อนและหลังการสร้างหน่วยความจำ เราเลือกปลาม้าลายเป็นวิชาทดสอบเพราะมันมีขนาดใหญ่พอที่จะมีสมองที่ทำหน้าที่เหมือนคน แต่มีขนาดเล็กและโปร่งใสพอที่จะเปิดหน้าต่างสู่สมองที่มีชีวิต
ภาพขาวดำของตัวอ่อนม้าลาย
Zebrafish เป็นแบบจำลองที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการวิจัยด้านประสาทวิทยา ภาพถ่าย: “Zhuowei Du and Don B. Arnold, CC BY-NC-ND .”
เพื่อกระตุ้นให้เกิดความทรงจำใหม่ในปลา เราใช้กระบวนการเรียนรู้ประเภทหนึ่งที่เรียกว่าการปรับสภาพแบบคลาสสิก สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการเปิดเผยสัตว์ต่อสิ่งเร้าที่แตกต่างกันสองประเภทพร้อมกัน: ชนิดที่เป็นกลางที่ไม่กระตุ้นปฏิกิริยาและชนิดที่ไม่พึงประสงค์ที่สัตว์พยายามหลีกเลี่ยง เมื่อสิ่งเร้าทั้งสองนี้จับคู่กันมากพอแล้ว สัตว์จะตอบสนองต่อสิ่งเร้าที่เป็นกลางราวกับว่ามันเป็นสิ่งเร้าที่ไม่พึงประสงค์ ซึ่งบ่งชี้ว่ามันได้สร้างความทรงจำเชื่อมโยงเชื่อมโยงสิ่งเร้าเหล่านี้เข้าด้วยกัน
เพื่อเป็นการกระตุ้นที่ไม่พึงประสงค์ เราค่อยๆ อุ่นหัวปลาด้วยเลเซอร์อินฟราเรด เมื่อปลาสะบัดหาง เราก็ถือว่ามันต้องการหนี เมื่อปลาสัมผัสกับสิ่งเร้าที่เป็นกลาง ไฟที่สว่างขึ้นและสะบัดหางหมายความว่ามันนึกถึงสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อก่อนหน้านี้พบกับสิ่งเร้าที่ไม่พึงประสงค์
ในการสร้างแผนที่ เราได้ดัดแปลงพันธุกรรมของปลาเซบราฟิชด้วยเซลล์ประสาทที่ผลิตโปรตีนเรืองแสงซึ่งจับกับไซแนปส์และทำให้มองเห็นได้ จากนั้น เราถ่ายภาพซินแนปส์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่สร้างขึ้นเองซึ่งใช้ปริมาณแสงเลเซอร์ที่ต่ำกว่ามากเมื่อเทียบกับอุปกรณ์มาตรฐานที่ใช้การเรืองแสงเพื่อสร้างภาพ เนื่องจากกล้องจุลทรรศน์ของเราสร้างความเสียหายต่อเซลล์ประสาทน้อยลง เราจึงสามารถถ่ายภาพไซแนปส์ได้โดยไม่สูญเสียโครงสร้างและหน้าที่ของพวกมัน
เซลล์ประสาทสีม่วงแดงในสมองของปลาที่มีชีวิต โดยมีไซแนปส์เป็นสีเขียว
ภาพรวมของเซลล์ประสาทในสมองของปลาที่มีชีวิต โดยมีไซแนปส์เป็นสีเขียว ภาพ: Zhuowei Du และ Don B. Arnold, CC BY-NC-ND
เมื่อเราเปรียบเทียบแผนที่ไซแนปส์ 3 มิติก่อนและหลังการก่อตัวของหน่วยความจำ เราพบว่าเซลล์ประสาทในบริเวณสมองหนึ่งส่วน คือ แผ่นเยื่อหุ้มหลังส่วนหน้าด้านใต้ (anterolateral dorsal pallium) ได้พัฒนาไซแนปส์ใหม่ ในขณะที่เซลล์ประสาทส่วนใหญ่อยู่ในภูมิภาคที่สอง ได้แก่ แผ่นปิดด้านหลังหน้าหัวใจ (anteromedial dorsal pallium) สูญเสียไซแนปส์ ซึ่งหมายความว่าเซลล์ประสาทใหม่กำลังจับคู่กัน ในขณะที่เซลล์ประสาทอื่นๆ ทำลายการเชื่อมต่อของพวกเขา การทดลองก่อนหน้านี้ได้เสนอแนะว่าแผ่นหลังของปลาอาจคล้ายคลึงกับต่อมทอนซิลของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมซึ่งเก็บความทรงจำเกี่ยวกับความกลัวไว้
น่าแปลกที่การเปลี่ยนแปลงในความแข็งแกร่งของการเชื่อมต่อที่มีอยู่ระหว่างเซลล์ประสาทที่เกิดขึ้นกับการสร้างความทรงจำนั้นมีขนาดเล็กและแยกไม่ออกจากการเปลี่ยนแปลงในปลาควบคุมที่ไม่ได้สร้างความทรงจำใหม่ ซึ่งหมายความว่าการสร้างหน่วยความจำเชื่อมโยงเกี่ยวข้องกับการก่อตัวและการสูญเสียของไซแนปส์ แต่ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงความแข็งแกร่งของไซแนปส์ที่มีอยู่อย่างที่คิดไว้ก่อนหน้านี้
การลบไซแนปส์สามารถลบความทรงจำได้หรือไม่?
วิธีการใหม่ของเราในการสังเกตการทำงานของเซลล์สมองสามารถเปิดประตูได้ ไม่เพียงแต่เพื่อให้เข้าใจอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้นว่าหน่วยความจำทำงานอย่างไรเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแนวทางที่เป็นไปได้สำหรับการรักษาภาวะทางจิตเวช เช่น PTSD และการเสพติดด้วย
ความทรงจำที่เชื่อมโยงกันมักจะแข็งแกร่งกว่าความทรงจำประเภทอื่นๆ เช่น ความทรงจำที่มีสติเกี่ยวกับสิ่งที่คุณทานในมื้อกลางวันเมื่อวานนี้ ความทรงจำที่เชื่อมโยงกันที่เกิดจากการปรับสภาพแบบคลาสสิก ยิ่งกว่านั้น ยังคิดว่าจะคล้ายคลึงกับ ความทรงจำที่กระทบกระเทือนจิตใจ ที่ทำให้เกิด PTSD มิฉะนั้นสิ่งเร้าที่ไม่เป็นอันตรายคล้ายกับสิ่งที่คนประสบในขณะที่เกิดบาดแผลสามารถกระตุ้นการระลึกถึงความทรงจำอันเจ็บปวดได้ ตัวอย่างเช่น แสงจ้าหรือเสียงดังอาจนำความทรงจำของการต่อสู้กลับคืนมา การศึกษาของเราเผยให้เห็นถึงบทบาทที่การเชื่อมต่อแบบซินแนปติกอาจมีอยู่ในความทรงจำ และสามารถอธิบายได้ว่าทำไมความทรงจำที่เชื่อมโยงกันจึงสามารถคงอยู่ได้นานและจดจำได้ชัดเจนกว่าความทรงจำประเภทอื่น เว็บสล็อต
