Nový pohled na paměť: Pomalé elektrické rytmy v mozku koordinují klíčové paměťové okruhy

Nová studie vědců z University of California, Irvine, naznačuje, že pomalé elektrické rytmy cestující podél jednotlivých nervových vláken, známých jako axony, mohou dělat víc než jen odrážet mozkovou aktivitu.

Nová studie vědců z University of California, Irvine, naznačuje, že pomalé elektrické rytmy cestující podél jednotlivých nervových vláken, známých jako axony, mohou dělat víc než jen odrážet mozkovou aktivitu. Tyto rytmy, konkrétně theta-pásmové signály v rozsahu přibližně 4 až 10 cyklů za sekundu, mohou pomáhat koordinovat komunikaci mezi klíčovými paměťovými centry v hippocampu.

Zjištění, publikovaná v časopise Journal of Neural Engineering, ukazují, že tyto theta signály byly detekovány v jednotlivých axonech spojujících subregiony hippocampu. Byly spojeny se silnějšími výboji aktivity v navazujících neuronech, což naznačuje možný mechanismus, kterým mozkové oblasti související s pamětí časují a směrují informace. Profesor Gregory J. Brewer z UC Irvine, vedoucí autor studie, vysvětluje, že mozek je sice často popisován jako síť buněk vysílajících impulzy, ale jejich zjištění naznačují existenci další vrstvy komunikace probíhající podél axonů. Tyto pomalejší theta rytmy by mohly určovat, kdy a jak silně jedna oblast hippocampu ovlivňuje druhou.

Hippocampus je malá, ale zásadní mozková struktura zapojená do učení a paměti. Vědci již dlouho vědí, že theta rytmy v hippocampu jsou spojeny s kódováním, vybavováním a koordinací paměti napříč mozkovými oblastmi. Nová práce naznačuje, že některé z těchto rytmů mohou cestovat přímo axony a ovlivňovat sílu komunikace v jejich cílech. Tato možnost je důležitá, protože o lokálních polích potenciálů – pomalých elektrických signálech běžně zaznamenávaných v mozkové tkáni – se často diskutovalo, zda jsou pouhým vedlejším produktem neuronového výboje, nebo zda aktivně formují zpracování informací. Tato studie podporuje myšlenku, že alespoň některé pomalé napěťové rytmy mohou hrát funkční roli.

Pro kontrolované studium těchto signálů tým vyvinul mikrofluidní zařízení, které umožnilo neuronům z různých subregionů hippocampu růst a spojovat se prostřednictvím drobných kanálků. Tento design umožnil vědcům izolovat aktivitu procházející jednotlivými axony mezi oblastmi, jako jsou CA3 a CA1, které jsou známé svou spoluprací v paměťových okruzích. Záznamy ukázaly spontánní theta-pásmovou aktivitu v řídké sadě axonů, která nebyla jednoduše vysvětlena souběžnou impulzní aktivitou. Místo toho se jejich načasování a síla korelovaly s aktivitou v cílové oblasti, zejména s délkou krátkých výbojů neuronového výboje.

Vědci předpokládají, že theta oscilace v axonech mohou pomoci aktivovat pomalé napěťově řízené vápníkové kanály, což by mohlo zvýšit uvolňování neurotransmiterů v synapsích. Zjednodušeně řečeno, rytmus může pomoci zajistit, aby zpráva byla s větší pravděpodobností „slyšena“ další skupinou neuronů. Tato práce rovněž otevírá možnost „multiplexní“ komunikace v mozku: rychlé elektrické impulzy mohou nést jeden druh informací, zatímco pomalejší theta rytmy mohou pomáhat regulovat, kdy, kde nebo jak silně jsou tyto informace doručovány. Takový mechanismus by mohl mít dopad na pochopení paměti, pozornosti, mozkových poruch, elektroencefalografie a budoucích umělých neuronových sítí. Pokud se tato zjištění potvrdí v dalších studiích, mohla by zásadně rozšířit naše chápání neurální komunikace.