Nevroplastičnost in spomin Flashcards

Question

Opiši hipokampalne celice in entorhinalne celice ter odnos med tema dvema celicama

Answer 1

V skladu z mnenjem, da hipokampus igra vlogo pri prostorskem procesiranju, je dejstvo, da je veliko nevronov v hipokampusu prostorskih celic (glej Moser & Moser, 2016; Moser, Moser, & McNaughton, 2017) - nevroni, ki se odzivajo le, ko je subjekt na določenih lokacijah (tj. v poljih prostora nevronov). Na primer, ko je podgana prvič postavljena v neznano testno okolje, noben od njenih nevronov v hipokampusu nima polja prostora v tem okolju; nato, ko se podgana seznanja z okoljem, mnogi nevroni hipokampusa pridobijo polje prostora v njem (glej Silva, Feng, & Foster, 2015) - torej vsaka celica sproži le, ko je podgana v določenem delu testnega okolja. Vsaka prostorska celica tako ima polje prostora v drugem delu okolja. Prostorske celice so bile identificirane pri različnih vrstah (glej Finkelstein, Las, & Ulanovsky, 2016; Geva-Sagiv et al., 2016; Moser et al., 2014) - vključno z ljudmi (Miller et al., 2013). S postavitvijo podgane v nejasno situacijo v znani testni okolici je mogoče določiti, kje se podgana misli, da se nahaja po poti, ki jo vzame, da pride do lokacije v okolju, kjer je bila prej nagrajena. Z uporabo te strategije so raziskovalci pokazali, da sprožitev prostorskih celic podgane kaže, kje se podgana "misli", da se nahaja v testnem okolju, ne nujno tam, kjer dejansko je (glej Moser, Moser, & McNaughton, 2017). Ena od raziskovalnih smeri prostorskega procesiranja se osredotoča na entorinalni korteks (območje medialnega temporalnega korteksa, ki je glavni vir nevralnih signalov hipokampusu) - glej sliko 11.14. Možen odgovor na vprašanje, kako prostorske celice hipokampusa pridobijo svoje prostorske informacije, izvira iz odkritja t. i. mrežnih celic v entorinalnem korteksu. Mrežne celice so entorinalni nevroni, ki imajo vsak ponavljajoč se vzorec enakomerno razporejenih polj prostora v obliki šestkotnikov, ki prekrivajo površino okolja (glej Moser & Moser, 2013; Rowland & Moser, 2014; Underwood, 2014). Mrežne celice se sprožijo, ko žival fizično prečka točko križišča v šestkotnem omrežju (glej Hardcastle, Ganguli, & Giocomo, 2017) ali ko živalin pogled prečka točko križišča med pregledovanjem okolja (glej Killian & Buffalo, 2018; Nau et al., 2018). Šestkotno omrežje polj prostora je prilagodljivo: ko so prostorski znaki zasukani ali zamaknjeni, je vzorec omrežja prav tako zasukan ali zamaknjen (glej Krupic et al., 2015; Rowland et al., 2016; Stensola et al., 2015). Enakomerno razporejenost polj prostora v mrežnih celicah bi lahko omogočila prostorske izračune v prostorskih celicah hipokampusa. Mrežne celice so bile identificirane tudi pri drugih vrstah, vključno z ljudmi (npr. Nau et al., 2018). Druge vrste nevronov v entorinalnem korteksu so povezane s prostorskimi izračuni: na primer, celice smeri glave so usmerjene v smeri orientacije glave, meje celic se sprožijo, ko je subjekt blizu robov svojega neposrednega okolja (glej Rowland et al., 2016; Sanders et al., 2015; Winter, Clark, & Taube, 2015). Narava razmerja med mrežnimi celicami entorinalnega korteksa in prostorskimi celicami hipokampusa je še vedno predmet ongoing debate (glej Rowland et al., 2016; Sanders et al., 2015). Dva dokaza sta nakazovala, da odzivi prostorskih celic hipokampusa temeljijo na vnosu mrežnih celic entorinalnega korteksa (vendar glej Bush, Barry, & Burgess, 2014). Prvič, obstaja glavna pot od entorinalnega korteksa do hipokampusa. Drugič, mrežne celice entorinalnega korteksa odzivajo na lokacijo živali na neprekinjen način, medtem ko so prostorske celice hipokampusa aktivne le na določenih prostorskih mestih (glej Mallory et al., 2018). Kljub privlačnosti takega enosmernega razmerja med mrežnimi celicami in prostorskimi celicami pa je razmerje med temi vrstami celic bolj kompleksno; na to kažejo trije dokazi. Prvič, lastnosti prostorskih celic hipokampusa se pojavijo pri razvijajočih se mladičih podganah pred pojavom stabilnega sproščanja mrežnih celic entorinalnega korteksa (glej Derdikman & Moser, 2010; Langston et al., 2010; Wills &

Answer 2

Elektrode za snemanje se včasih vsadijo v možgane pacientov z hudo epilepsijo, običajno kot predhodnik kirurškega posega. To omogoča možnost snemanja dejavnosti določenih nevronov pri pacientih med izvajanjem različnih nalog. Veliko teh elektrod je vsajenih v strukturah medialnih temporalnih režnjev, ker so še posebej dovzetne za epileptične izpuste. Kot ste se že naučili, so glavne strukture medialnih temporalnih režnjev hipokampus, amigdala in medialni temporalni korteks. Medialni temporalni korteks (prikazan na sliki 11.14) sestavljajo entorinalni, peririnalni in parahipokampalni korteks. V enem od nevronov, preučevanih na ta način, je nevron streljal kot odziv na slike igralke Jennifer Aniston, vendar ne na 80 drugih slik (glej Quiroga, 2012). Odkrili so tudi druge nevrone medialnih temporalnih režnjev, ki so odgovarjali na druge posameznike (npr. politiki, znane osebnosti) ali predmete (npr. znane stavbe), ki so bili znani pacientom, vendar so bili ti prvi nevroni imenovani Jennifer Aniston nevroni, ker so odgovarjali Jennifer Aniston (glej Quiroga, 2016). Jennifer Aniston nevroni so zelo selektivni. Vsak nevron je odgovarjal le na majhno število testnih objektov ali posameznikov - pogosto je bilo mogoče najti le enega. Poleg tega so njihovi odzivi zelo invariantni: Če je nevron odgovarjal na določen objekt pri testu 1, je nagnjen k odzivu na ta objekt pri vseh nadaljnjih testih. Jennifer Aniston celice hipokampusa so bile bolj selektivne in bolj invariantne kot tiste v drugih strukturah medialnih temporalnih režnjev (tj. parahipokampalni korteks, peririnalni korteks, entorinalni korteks in amigdala). Brez dvoma je najbolj opazen značaj Jennifer Aniston nevronov to, da odgovarjajo na ideje ali koncepte namesto na posameznosti, zaradi česar so postali znani kot celice koncepta (glej Quiroga, Fried, & Koch, 2013). Na primer, nevron Halle Berry je odgovarjal na vse fotografije igralke (tudi ko je bila oblečena v svoje Catwoman oblačilo), na njen natisnjeni ime in na zvok njenega imena (glej Quiroga, 2016). V enem primeru je nevron, ki je vedno odgovarjal na Sydney Opera House, odgovarjal tudi na fotografije Bahá'í templja v Indiji. Ko so jo kasneje vprašali, je pacientka dejala, da misli, da so fotografije templja Bahá'í fotografije Sydney Opera House. Podobno, ko udeležencem prikažejo nejasne človeške obraze (obraze, ki so povprečje dveh znanih obrazov, kot sta Whoopi Goldberg in Bob Marley), ti konceptualni nevroni odgovarjajo le, ko gledalec dojema koncept, ki ga te celice sledijo - na primer, le ko gledalec zazna Whoopi Goldberg, ne pa Bob Marley (glej Quiroga et al., 2014; Reddy & Thorpe, 2014). Zanimivo je, da kadar so bile najdene celice koncepta, ki odgovarjajo več kot enemu konceptu, običajno obstaja očitna povezava med njimi. Na primer, drugi dan testiranja so odkrili, da je prvi Jennifer Aniston nevron prav tako odgovarjal na Lisa Kudrow, soigralko Jennifer Aniston v televizijski seriji Prijatelji. Drug nevron je odgovarjal tako Luke Skywalkerju kot Yodi, likoma iz filmske serije Vojna zvezd. Zato se je predlagalo, da sosednji koncepti sprožijo aktivnost v vezjih celic koncepta v medialnih temporalnih režnjevih (glej Quiroga, 2012; De Falco et al., 2016). Čeprav še ni jasno, kako celice koncepta prispevajo k shranjevanju spominov, je jasno, da imajo vlogo, in njihovo odkritje je velik korak naprej (glej De Falco et al., 2016).

Answer 3

Kot ste se naučili v poglavju 5, je eno od novih orodij, ki so na voljo biopsihologom, optogenetika. Če se spomnite, pri optogenetiki nevroznanstveniki v določene nevrone vstavijo gen za opsine, nato pa lahko s pomočjo svetlobe te nevrone hiperpolarizirajo ali depolarizirajo. V zadnjih letih se je to orodje intenzivno uporabljalo pri študijah učenja in spomina pri miših (glej Goshen, 2014). Ena smer raziskav je bila še posebej zanimiva, saj lahko razkrije lokacijo nevronov, ki ohranjajo engram: tako imenovane engram celice (glej Josselyn, Köhler in Frankland, 2015; Tonegawa, Morrissey in Kitamura, 2018). Engram celice so nevroni, ki doživijo vztrajno spremembo kot posledico izkušenj, tako da, ko so kasneje aktivirani ali zavirani, sprožijo ali zatirajo pridobivanje izvirne izkušnje, oziroma (glej Bliss et al., 2018; Tonegawa, Morrissey in Kitamura, 2018). Identifikacija engram celice prek optogenetike je običajno dvostopenjski postopek. V prvem koraku, imenovanem označevalna stopnja, so nevroni, aktivni med učnim opravilom, spodbujeni k izražanju opsinov, medtem ko žival sodeluje v določeni učni nalogi. V drugem koraku, manipulativna stopnja, so prej aktivni nevroni zdaj bodisi zavirani bodisi spodbujani z uporabo svetlobe, ki vpliva na aktivnost označenih nevronov (glej Josselyn, Köhler in Frankland, 2015; Redondo et al., 2014; Ryan et al., 2015; Takeuchi in Morris, 2014). V bistvu so raziskovalci zdaj sposobni opazovati, zatirati ali aktivirati engram celice v različnih delih živčnega sistema. Na primer, raziskovalci so lahko obrnili depresivno vedenje pri miših, tako da so z optogenetiko ponovno aktivirali hipokampalne celice, ki so bile prej aktivne med kodiranjem pozitivne izkušnje (Ramirez et al., 2015). Poleg tega so raziskovalci pokazali, da aktiviranje engram celic pri mišjih modelih Alzheimerjeve bolezni vodi do pridobivanja spominov, ki bi sicer bili nedostopni - kar kaže, da so motnje spomina pri Alzheimerjevi bolezni bolj povezane s težavami pri pridobivanju kot s težavami pri kodiranju (glej Roy et al., 2016; Shrestha in Klann, 2016).

Answer 4

**Inferotemporalni korteks:** hranjenje vizualnih spominov **Amigdala:** poveča pomembnost čustveno nabitih spominov shranjenih v drugih delih (zato se verjetno teh spomenmo bolj kot nevtralnih) **Prefrontalni korteks:** navadno so njihovi testi spomina normalni; velikokrat pa so ob večjih lezijah pristone anterogradne in retrogradne motnje spomina na neko časovnico (torej, spomneš se dogodka ampak ga ne moreš zares umestit v čas) ter motnje delovnega spomina (težave pri nalogah, kjer se rabijo nekak sekvenčno odzvati). Za epizodični spomin naj bi bile pomembne povezave med hipokampusom in prefrontalnim korteksom. **Mali možgani in striatum:** implicitni spomin senzorimotoričnega učenja je shrnajen v senzorimotoričnem circuitu. Mali možgani naj bi sodelovali pri hranjenju naučenih senzorimotoričnih veščin preko nevroplastičnosti, kot klasično pogojevanje. Striatum naj bi hranil spomine za neke stalne odnose med dražljajem in odzivom, 'habit formation'. Verjetno oba igrata vlogo tudi pri ne-motoričnem učenju (spomni se tiste igre z vremenom pri psihologiji, bolniki s Parkinsonovo ful slabše to delajo).

Answer 5

Ker je Hebbova hipoteza, da so vztrajne olajšave sinaptičnega prenosa nevronske osnove učenja in spomina, tako vplivala, je bilo navdušenje veliko, ko je bilo takšno učinek odkrit. Leta 1973 sta Bliss in Lømo pokazala, da pride do olajšave sinaptičnega prenosa po visokofrekvenčni električni stimulaciji, uporabljeni na presinaptičnih nevronih. Ta pojav je bil poimenovan dolgotrajna potentiacija (LTP). LTP je bila dokazana pri mnogih vrstah in v mnogih delih njihovih možganov, vendar je bila najpogosteje proučevana v hipokampusu podgan. Slika 11.17 prikazuje tri hipokampalne sinapse, na katerih je bila LTP pogosto preučevana. Slika 11.18 prikazuje LTP v granulatnem sloju hipokampalnega zvitka podganjega hipokampusa. Najprej je bil en sam nizek impulz toka dostavljen perforantni poti (osnovnemu vnosu v zvitku podganjega hipokampusa), in odziv je bil zabeležen prek zunanjega večenotelectroda v granulatnem sloju hipokampalnega zvitka podganjega hipokampusa; namen te začetne stimulacije je bil določiti začetno odzivno osnovo. Drugič je bila visokofrekvenčna stimulacija, ki je trajala 10 sekund, dostavljena perforantni poti, da bi izzvala LTP. Tretjič so odzivi granulatnih celic na enojne impulze nizkega toka spet merili po različnih odlogih. Slika 11.18 prikazuje, da je bil prenos na sinapsah granulatnih celic še vedno povečan teden dni po visokofrekvenčni stimulaciji. LTP je med najbolj proučevanimi nevroznanstvenimi fenomeni. Zakaj? Razlog sega v leto 1949 in v vplivno teorijo spomina Hebb-a. Sinaptične spremembe, ki jih je Hebb predlagal kot osnovo dolgoročnega spomina, so se zdele enake vrste sprememb, ki ležijo v osnovi LTP (glej Bliss et al., 2018; Nicoll, 2017). LTP ima dve ključni lastnosti, ki jih je Hebb predlagal kot značilnosti fizioloških mehanizmov učenja in spomina. Prvič, LTP lahko traja dolgo časa - od nekaj mesecev do enega leta po večkratnih visokofrekvenčnih stimulacijah (Abraham, 2006). Drugič, mnoge oblike LTP se razvijejo le ob sočasnem delovanju v presinaptičnih in postsinaptičnih nevronih. Na primer, sproščanje nevrotransmiterja iz presinaptičnega nevrona, ki sovpada z depolarizacijo postsinaptičnega nevrona (glej poglavje 4), ali sproščanje retrogradnega prenašalca iz postsinaptičnega nevrona, ki sovpada s presinaptično aktivnostjo (glej Monday & Castillo, 2017; Monday, Younts, & Castillo, 2018; Nicoll, 2017). Sočasnost aktivnosti v presinaptičnih in postsinaptičnih celicah je zdaj prepoznana kot ključni dejavnik pri LTP, in predpostavka, da je sočasnost fiziološka nujnost za učenje in spomin, se pogosto imenuje Hebb-ova postulata za učenje. Podpora ideji, da je LTP povezan z nevronskimi mehanizmi učenja in spomina, izhaja iz več opažanj: (1) LTP je mogoče sprožiti z nizkimi ravmi stimulacije, ki posnemajo normalno nevralno aktivnost; (2) učinki LTP so najbolj izraziti v strukturah, ki so bile vpletene v učenje in spomin, kot je hipokampus; (3) učenje lahko povzroči spremembe, podobne LTP, v hipokampusu; (4) mnoga zdravila, ki vplivajo na učenje in spomin, imajo vzporedne učinke na LTP; (5) motnje LTP poslabšajo spominsko učinkovitost pri številnih vedenjskih nalogah, medtem ko izboljšanje LTP izboljša učinkovitost spomina (glej Ricciarelli & Fedele, 2018); (6) spremembe vedenja, ki kažejo na spomine, lahko pri miših povzroči prek LTP (Nabavi et al., 2014); in (7) LTP se pojavlja na specifičnih sinapsah, ki so bile pokazane, da sodelujejo pri učenju in spominu v preprostih nevretenčarskih živčnih sistemih. Vendar je pomembno imeti v mislih, da je veliko te evidence posredno in da je LTP, induciran v laboratoriju s pomočjo električne stimulacije, v najboljšem primeru karikatura subtilnih celičnih dogodkov, ki ležijo v osnovi učenja in spomina. Z dojemanjem LTP kot tripartitnega procesa mnogi raziskovalci preučujejo mehanizme indukcije, vzdrževanja in izražanja - to je procese, s katerimi visokofrekvenčne stimulacije sprožijo LTP (učenje), spremembe, odgovorne za vzdrževanje LTP (spomin), in spremembe, ki omogočajo, da se izrazi med testom (spominsko povratno klicanje).

Answer 6

NMDA (ali N-metil-d-aspartat) receptor je pomemben na sinapsah, kjer se običajno proučuje LTP. NMDA receptor je receptor za glutamat - glavni vzburjajoči nevrotransmiter v možganih, kot ste se naučili v poglavju 4. NMDA receptor ne odziva največ, razen če se istočasno zgodita dva dogodka: glutamat se mora nanj vezati in postsinaptični nevron mora že biti delno depolariziran. Ta dvojni pogoj izhaja iz dejstva, da kalcijevi kanali, povezani z NMDA receptorji, sprožijo velik vtok kalcijevih ionov le, če je postsinaptični nevron že depolariziran, ko se glutamat veže na receptorje; prav vtok kalcijevih ionov sproži kaskado dogodkov v postsinaptičnem nevronu, ki povzroči LTP. Pomembna značilnost indukcije LTP pri mnogih glutamatergičnih sinapsah izhaja iz narave NMDA receptorja in zahteve po sočasnem pojavljanju sproščanja presinaptičnega glutamata in postsinaptične depolarizacije, da bi se zgodila LTP. Ta značilnost ni očitna pod običajnimi, a nenaravnimi eksperimentalnimi pogoji, pri katerih se LTP izzove z visoko intenzivno, visokofrekvenčno stimulacijo, ki vedno aktivira postsinaptične nevrone prek množične časovne in prostorske seštevanja. Vendar, ko se uporabi bolj naravna, nizka stimulacija, LTP ni izzvana, razen če so postsinaptični nevroni že delno depolarizirani, tako da se njihovi kalcijevi kanali široko odprejo, ko se glutamat veže na njihove NMDA receptorje (glej Bliss et al., 2018; Lisman, 2017). Zahteva, da morajo biti postsinaptični nevroni depolarizirani, ko se glutamat veže na NMDA receptorje, je izjemno pomembna značilnost konvencionalne LTP, ker omogoča nevronskim omrežjem, da se učijo "povezav". Naj pojasnimo. Če bi en glutamatergični nevron sprožil in sprostil svoj nevrotransmiter glutamat brez sočasnega depolariziranja postsinaptičnega nevrona, ne bi prišlo do LTP. Vendar pa, če bi bil postsinaptični nevron depolariziran zaradi vnosa drugih nevronov, ko je sprožil presinaptični nevron, bi vezava glutamata na NMDA receptorje široko odprla kalcijeve kanale, kalcijevi ioni bi vstopili v postsinaptični nevron, in prenos prek sinaps med presinaptičnim in postsinaptičnim nevronom bi bil ojačan. Zato zahteva po sočasnem pojavljanju in odvisnost NMDA receptorjev od sočasnega vezanja in depolarizacije pomenita, da LTP v naravnih pogojih "zabeleži" dejstvo, da je prišlo do sočasne aktivnosti vsaj dveh konvergentnih vhodov v postsinaptični nevron - kot bi bilo na primer pri sočasnem predstavljanju pogojnega dražljaja in brezpogojnega dražljaja. Slika 11.19 povzema indukcijo NMDA-receptor–posredovane LTP. Pomembno je opozoriti, da NMDA-receptor–posredovana LTP, ki je večinoma postsinaptična, ni edina vrsta LTP. Na primer, obstajajo postsinaptične oblike LTP, ki se ne zanašajo na NMDA receptor (Petrović et al., 2017), presinaptične oblike LTP (glej Bouvier et al., 2018; Monday & Castillo, 2017; Monday, Younts, & Castillo, 2018), in LTP, ki se zanaša na aktivacijo glialnih celic (Kronschläger et al., 2016).

Answer 7

Iskanje mehanizmov, ki ležijo v ozadju vzdrževanja in izražanja LTP, se je začelo z poskusi ugotavljanja, ali se ti mehanizmi pojavljajo v presinaptičnih ali postsinaptičnih nevronih. Na to vprašanje smo dobili odgovor: Vzdrževanje in izražanje LTP vključujeta spremembe tako v presinaptičnih kot tudi v postsinaptičnih nevronih. Ta odkritje je nakazovalo, da so mehanizmi, ki ležijo v ozadju vzdrževanja in izražanja LTP, kompleksni. Resnici na ljubo, kljub več kot štirim desetletjem raziskav, še vedno nimamo zadovoljivih odgovorov. Kljub temu pa je iskanje nevronskih mehanizmov za vzdrževanje in izražanje LTP prispevalo k več pomembnim odkritjem. Tu so štiri od njih: * Ko je postalo očitno, da se LTP pojavlja le na specifičnih sinapsah na postsinaptičnem nevronu, je bilo jasno, da mora obstajati mehanizem, ki preprečuje, da bi se dogodki pri enem nizu sinaps na postsinaptičnem nevronu odražali na drugih sinapsah na istem nevronu. Ta specifičnost je posledica dendritičnih izrastkov; kalcijevi ioni, ki vstopijo v dendritični izrastek, ne prehajajo lahko iz njega, in tako svoje učinke lokalno izvajajo (glej Abraham, Jones, & Glanzman, 2019; Attardo, Fitzgerald, & Schnitzer, 2015; Colgan & Yasuda, 2014). * Postalo je očitno, da vzdrževanje LTP vključuje strukturne spremembe, ki so odvisne od sinteze beljakovin (glej Abraham, Jones, & Glanzman, 2019; Bliss et al., 2018; Sweatt, 2016). Odkritje, da LTP povzroča strukturne spremembe, je bilo navdušujoče, saj se je struktura nevronov in nevronskih vezij prej smatrala za statično. Opisane so bile različne vrste strukturnih sprememb (npr. povečanje števila in velikosti sinaps, povečanje števila in velikosti dendritičnih izrastkov postsinaptičnih nevronov, spremembe v presinaptičnih in postsinaptičnih membranah ter spremembe v dendritičnem razvejanju), in te spremembe se pojavljajo veliko hitreje in pogosteje, kot se je prej domnevalo (glej Abraham, Jones, & Glanzman, 2019; Buonarati et al., 2019; Park et al., 2018; Wiegert & Oertner, 2015; Zhang et al., 2015). * Odkritje strukturnih sprememb v nevronih po indukciji LTP je spodbudilo iskanje mehanizma, s katerim lahko dejavnost nevrona spremeni njegovo strukturo. To je privedlo do odkritja številnih transkripcijskih faktorjev (intracelularnih beljakovin, ki se vežejo na DNA in vplivajo na delovanje določenih genov), ki jih aktivira nevronska dejavnost (glej Abraham, Jones, & Glanzman, 2019; Ryan et al., 2015; Sweatt, 2016). * Francis Crick (soodkritelj molekule DNA) je leta 1984 predlagal, da bi metilacija DNA (ena vrsta epigenetskega mehanizma; glej poglavje 2) lahko igrala pomembno vlogo pri shranjevanju spomina. Od takrat je raziskava jasno pokazala, da imajo mnogi epigenetski mehanizmi vlogo pri vzdrževanju tako LTP kot tudi spomina (glej Abraham, Jones, & Glanzman, 2019; Asok et al., 2019; Kim & Kaang, 2017; Leighton et al., 2017; Sweatt, 2016).

Answer 8

Ko sva prvič izvedelao LTP, sva bila oba navdušena. LTP se je zdel kot dober model učenja in spomina, njegova preprostost pa je nakazovala, da bi lahko prepoznali njegove mehanizme. Generacija nevroznanstvenikov je delila naše stališče, in LTP je postal osrednji poudarek obsežnega raziskovalnega prizadevanja. Vendar se zdi, da so raziskovalci bolj oddaljeni od končnih odgovorov, kot smo naivno mislili pred približno četrt stoletja. Kaj se je zgodilo? Narejenih je bilo veliko pomembnih odkritij, vendar namesto da bi kazala na preprost mehanizem, so razkrila, da je LTP veliko bolj kompleksen, kot smo sprva mislili. Večina raziskav o LTP se je osredotočila na NMDA-receptorjem posredovano LTP v hipokampusu. Sedaj je jasno, da vključuje kompleksen niz sprememb, ki jih je težko razvrstiti. Poleg tega je bila LTP dokumentirana v mnogih drugih delih osrednjega živčnega sistema, kjer se pogosto posreduje z različnimi mehanizmi (glej Grau, 2014; Gruart et al., 2015). Obstaja tudi dolgoročna depresija (LTD), ki je "nasprotna stran" LTP in se pojavi kot odziv na dolgotrajno nizkofrekvenčno stimulacijo presinaptičnih nevronov (glej Atwood, Lovinger, & Mathur, 2014; Bliss et al., 2018; Connor & Wang, 2015). In potem je tu še metaplastičnost, ki se nanaša na dejstvo, da se lahko sproži modulacija LTP in/ali LTD s predhodno sinaptično aktivnostjo (glej Abraham, Jones, & Glanzman, 2019; Hulme, Jones, & Abraham, 2013; Müller-Dahlhaus & Ziemann, 2015). Predpostavljamo, da bo celovito razumevanje LTP in njegove vloge pri spominu zahtevalo tudi razumevanje LTD in metaplastičnosti. Sanje o odkrivanju nevronske osnove učenja in spomina so privabile veliko nevroznanstvenikov k študiju LTP. Čeprav ta sanje še ni bila uresničena, pa je študij LTP privedel do več pomembnih odkritij o funkciji in plastičnosti nevronskih sistemov. Po tem merilu je bil njen študij velik uspeh.

Answer 9

Čeprav je LTP, sinaptična oblika nevroplastičnosti, najbolj raziskan celični mehanizem učenja in spomina, obstajajo tudi drugi. Na primer, zdaj vemo, da obstajajo nevroplastične spremembe, ki se pojavljajo izven sinapse in bi prav tako lahko igrale vlogo pri učenju in spominu. Takšne spremembe vključujejo epigenetske mehanizme v celičnem jedru (glej Abraham, Jones, & Glanzman, 2019) in spremembe v strukturi aksonov. Kar zadeva slednje, nedavno opažamo, da oligodendrociti (glijeva celica osrednjega živčnega sistema; glej poglavje 3) prilagajajo mielinacijo aksonov v odzivu na izkušnje (glej Chang, Redmond, & Chan, 2016). Nasprotno od splošnega prepričanja, mielinska ovojnica ni statičen del aksona. Mielinacija je nenehen proces skozi celotno življenje, in spremembe v mielinski ovojnici lahko vplivajo na hitrost prenosa informacij tako znotraj kot med nevroni. Spremembe v mielinaciji se pojavljajo prek najmanj petih mehanizmov. Prvič, nezamišljeni aksoni jih lahko mielinizirajo oligodendrociti. Drugič, aksoni, ki so bili prej mielinizirani, lahko izgubijo svoje mielinske ovojnice. Tretjič, mielin se lahko nadomesti, ko stare mielinske ovojnice razpadejo. Četrtič, mielinske ovojnice se lahko stanjšajo ali zgostijo. Nazadnje, mielinske ovojnice se lahko podaljšajo ali skrajšajo (glej Chang, Redmond, & Chan, 2016; Forbes & Gallo, 2017). Spremembe v mielinaciji so pokazale, da se pojavljajo po učenju. Na primer, ko se podgane učijo novega prostorskega navigacijskega opravila (npr. labirint Morris), se poveča mielinacija. Pri ljudeh tako učenje motoričnih veščin kot tudi trening delovnega spomina privedeta do povečanja mielinacije v tistih možganskih območjih, ki so povezana s posebno vrsto učenja (glej Sampaio-Baptista & Johansen-Berg, 2017). Skratka, plastičnost mielinske ovojnice se zdi igrati pomembno vlogo pri učenju in spominu (glej Kaller et al., 2017; Monje, 2018; Mount & Monje, 2017). Neposredna povezava s posamezniki, morda tudi s teboj, z nepoškodovanimi zdravimi možgani. Ta končni modul pokaže, da temu ni tako, in to naredi s predstavitvijo dveh zanimivih smeri raziskav in ene provokativne študije primera.

Answer 10

Vsi doživljamo dojenčkansko amnezijo; to pomeni, da si skoraj ničesar ne spomnimo dogodkov svoje dojenčke dobe (glej Callaghan, Li, & Richardson, 2014; Sneed, 2014; Travaglia et al., 2016). Newcombe in njene kolegice (2000) so naslovile naslednje vprašanje: Ali normalni otroci, ki se ne spomnijo ali prepoznajo stvari iz svoje zgodnje mladosti, kažejo ohranjene implicitne spomine za te stvari? Rezultati dveh poskusov kažejo, da je odgovor "da". V eni študiji dojenčkanske amnezije (Newcombe & Fox, 1994) so otrokom pokazali serijo fotografij otrok predšolske starosti, nekateri izmed njih so bili nekdanji sošolci v vrtcu. Otroci so prepoznali nekaj svojih nekdanjih sošolcev. Kljub temu ali so se eksplicitno spomnili nekdanjega sošolca ali ne, so dosledno kazali velik odziv kožne prevodnosti na fotografije svojih nekdanjih sošolcev, ne pa tudi na nadzorne fotografije. V drugi študiji dojenčkanske amnezije sta Drummey in Newcombe (1995) uporabila različico testa nepopolnih slik. Najprej so 3-letnim otrokom, 5-letnim otrokom in odraslim pokazali serijo risb. Tri mesece kasneje so raziskovalci ocenili implicitne spomine na te risbe, tako da so vsakega udeleženca prosili, naj jih prepozna ("To je avto", "To je stol", itd.) in nekatere nadzorne risbe, čim hitreje. Med testom so bile risbe najprej prikazane zamegljene, a so se sčasoma postajale vse bolj ostre. Po tem testu implicitnega spomina so ocenili eksplicitni spomin, tako da so udeležence vprašali, katere risbe si spominjajo, da so jih videli prej. 5-letniki in odrasli so pokazali boljši eksplicitni spomin kot 3-letniki; torej so bolj verjetno se spomnili risb iz prvotne serije. Vendar pa so vse tri skupine pokazale pomemben implicitni spomin: Vsi udeleženci so znali prepoznati risbe, ki so jih prej videli, hitreje, tudi ko se jih niso zavedali zavestnega spominjanja.

Answer 11

Nootropiki ali pametna zdravila so snovi (zdravila, dodatki, zeliščni izvlečki itd.), za katere se verjame, da izboljšujejo spomin. Police trgovin z zdravo hrano so polne takih izdelkov, še več pa jih je na voljo na internetu. Morda ste že slišali za nekatere od njih ali jih celo preizkusili: izvlečki ginka bilobe, izvlečki ginsenga, multivitamini, glukoza, holinergični agonisti, piracetam, antioksidanti, fosfolipidi, stimulansi (npr. amfetamin, metilfenidat) in mnogi drugi. Tisti, ki prodajajo nootropike, trdijo, da znanstveni dokazi dokazujejo, da te snovi izboljšujejo spomin zdravih otrok in odraslih ter preprečujejo negativne učinke staranja na spomin. Ali te trditve resnično podpira veljavna znanstvena dokazila? Dokazi, da nootropiki izboljšujejo spomin, so bili večkrat pregledani s strani neodvisnih znanstvenikov (npr. Hussain & Mehta, 2011; Partridge et al., 2012). Iz teh pregledov je izšel naslednji vzorec zaključkov: Čeprav se nootropiki pogosto tržijo zdravim odraslim, je večina raziskav opravljena ali na živalih ali na ljudeh z težavami s spominom (npr. starejši; glej Onaolapo, Obelawo, & Onaolapo, 2019; Uddin et al., 2019). Relevantne raziskave pri ljudeh pogosto kažejo nizko kakovost, z malo udeleženci in slabo kontrolo. Za vsak posamezen trdjen nootropik so običajno nekateri pozitivni ugotovitve, na katere se osredotočajo prodajalci; vendar pa so te ugotovitve pogosto težko ponovljive ali predstavljajo zelo majhne učinke (glej Farah, 2015). Skratka, noben trdjen nootropik ni prepričljivo pokazal, da ima učinke izboljšanja spomina. Morda je dovolj pozitivnih dokazov, da upravičuje nadaljnje raziskave nekaterih potencialnih nootropikov (npr. Hinnebusch, 2015), vendar pa jih ni dovolj, da bi opravičili različne trditve, ki se pojavljajo v oglasih za te snovi. Zakaj menite, da obstaja tako velika vrzel med dokazi in trditvami?

Answer 12

Da lahko kljub izgubi anterogradnega in retrogradnega epizodičnega spomina semantični spomin poskuša pomagati pacientu. R.M. je padel na glavo med smučanjem; ko je ponovno prišel k zavesti, je trpel tako za retrogradno kot anterogradno amnezijo. Več ur si ni mogel spomniti dogodkov svojega prejšnjega življenja. Ni se mogel spomniti, ali je bil poročen, kje živi ali kje dela. Izgubil je večino svojega episodičnega spomina. Prav tako je pozabil mnogo stvari, ki so se zgodile po nesreči, takoj ko je odvrnil pozornost od njih. Na primer, v avtu na poti v bolnišnico se je R.M. pogovarjal s osebo ob sebi - prijateljem prijatelja, s katerim je cel dan smučal. Toda vsakič, ko je njegovo pozornost pritegnil nekaj drugega - na primer gorski razgled - je to osebo popolnoma pozabil in se ji znova predstavil. To je bil klasičen primer posttravmatske amnezije. Kot H.M. je bil R.M. ujet v sedanjem trenutku, z le oblačno preteklostjo in očitno brez prihodnosti. Ironija situacije je bila v tem, da so se med temi nekaj urami, ko si R.M. ni mogel spomniti veliko dogodkov svojega življenja, njegove misli nenehno obračale k enemu semantičnemu spominu - spominu na osebo, ki si jo je nekje v svoji zmedeni preteklosti zapomnil. Skozi meglo si je zapomnil H.M.-a, svojega soborca v sedanjem trenutku, in se spraševal, ali ga čaka enaka usoda. R.M. se je popolnoma okreval in se zdaj spominja svoje izkušnje s olajšanjem ter občutkom empatije do H.M. Za razliko od H.M.-a je R.M. prejel pomilostitev, vendar mu je izkušnja dala boljše razumevanje situacije tistih, kot je H.M., ki so prestajali dosmrtno kazen.

Nevroplastičnost in spomin Flashcards

Nevrodegenerative bolezni, nevroplastični odzivi in poškodbe živčnega sistema; sinaptični mehanizmi učenja in spomina, hipokampus in spominske shrambe, amnezija (36 cards)