Entdeckung eines Gehirnmechanismus im Zusammenhang mit altersbedingtem Gedächtnisverlust

Zusammenfassung: Forscher haben einen Mechanismus identifiziert, der in der CA3-Region des Hippocampus auftritt und für eine häufige Art von altersbedingtem Gedächtnisverlust verantwortlich zu sein scheint.

Quelle: Johns Hopkins Universität

Bei der Arbeit mit Ratten haben Neurowissenschaftler der Johns Hopkins University einen Mechanismus im Gehirn identifiziert, der für eine häufige Art von altersbedingtem Gedächtnisverlust verantwortlich ist.

Das heute erschienene Buch in Aktuelle Biologiewirft ein Licht auf die Funktion des alternden Gehirns und kann unser Verständnis der Alzheimer-Krankheit und ähnlicher Erkrankungen beim Menschen vertiefen.

„Wir versuchen, das normale Gedächtnis zu verstehen und warum ein Teil des Gehirns namens Hippocampus so wichtig für das normale Gedächtnis ist“, sagte Hauptautor James Knierim, Professor am Zanvyl Krieger Mind/Brain Institute der Universität. „Aber auch bei vielen Gedächtnisstörungen stimmt in diesem Bereich etwas nicht.“

Neurowissenschaftler wissen, dass Hippocampus-Neuronen, die sich tief im Schläfenlappen des Gehirns befinden, für ein komplementäres Paar von Gedächtnisfunktionen verantwortlich sind, die als Mustertrennung und Mustervervollständigung bezeichnet werden. Diese Funktionen treten in einem Gradienten durch eine winzige Region des Hippocampus namens CA3 auf.

Wenn diese Funktionen aus dem Gleichgewicht geraten, wird das Gedächtnis beeinträchtigt, was zu Symptomen wie Vergesslichkeit oder Wiederholung führt. Das Team von Johns Hopkins fand heraus, dass dieses Ungleichgewicht mit zunehmendem Alter des Gehirns möglicherweise durch das Verschwinden des CA3-Gradienten verursacht wird; die Mustertrennungsfunktion wird ausgeblendet und die Mustervervollständigungsfunktion übernimmt.

Neuronen, die für die Mustertrennung verantwortlich sind, sind im Allgemeinen häufiger in der Region proximal zum CA3-Bereich, während diejenigen, die für die Mustervervollständigung verantwortlich sind, in der distalen Region vorherrschend sind, sagte Hauptautor Heekyung Lee, assoziierter Forscher am Mind/Brain Institute, With aging, neural Die Aktivität in der proximalen Region wird überaktiv und die Interaktion zwischen den beiden Regionen wird anormal, was zu einer Dominanz bei der Mustervervollständigung führt.

In normalen Gehirnen arbeiten Mustertrennung und Mustervervollständigung Hand in Hand, um Wahrnehmungen und Erfahrungen zu sortieren und zu verstehen, von den einfachsten bis zu den komplexesten.

Wenn Sie mit Ihrer Familie ein Restaurant besuchen und einen Monat später dasselbe Restaurant mit Freunden besuchen, sollten Sie erkennen können, dass es dasselbe Restaurant war, auch wenn sich einige Details geändert haben – c ist die Vervollständigung des Modells.

Aber Sie müssen sich auch merken, welches Gespräch wann stattgefunden hat, damit Sie die beiden Erfahrungen nicht verwechseln – das ist die Trennung von Modellen.

Wenn die Mustertrennung verschwindet, dominiert die Mustervervollständigung den Prozess. Wenn Ihr Gehirn sich auf das gemeinsame Restauranterlebnis konzentriert und die Details einzelner Besuche ausschließt, erinnern Sie sich vielleicht an ein Gespräch über das Reisen nach Italien während eines Besuchs, aber Sie irren sich, wer da gesprochen hat.

“Wir alle machen diese Fehler, aber sie werden mit zunehmendem Alter immer schlimmer”, sagte Knierim.

In Experimenten verglichen die Forscher junge Ratten mit intaktem Gedächtnis mit älteren Ratten mit intaktem Gedächtnis und älteren Ratten mit beeinträchtigtem Gedächtnis.

Da ältere Ratten mit intaktem Gedächtnis ebenso wie jüngere Ratten Wasserlabyrinth-Aufgaben ausführten, begannen Neuronen in den CA3-Regionen ihres Hippocampus bereits, die Mustervervollständigung auf Kosten der Mustertrennung zu bevorzugen.

Dieser Befund stimme mit Menschen überein, die bis ins hohe Alter überraschend lebhaft bleiben, sagen die Forscher. Bild ist gemeinfrei

Da sich diese physiologische Entdeckung nicht in ihrem Verhalten manifestiert hatte, schlossen die Forscher, dass etwas die Ratten veranlasste, das Defizit zu kompensieren.

Dieser Befund stimme mit Menschen überein, die bis ins hohe Alter überraschend lebhaft bleiben, sagen die Forscher. Daher könnte die Identifizierung des Mechanismus des Gedächtnisverlusts die Grundlage dafür schaffen, zu lernen, was Gedächtnisstörungen bei einigen Menschen vorbeugt, und daher, wie man den kognitiven Rückgang bei älteren Menschen verhindern oder verzögern kann.

„Wenn wir besser verstehen, was diese Kompensationsmechanismen sind, dann können wir möglicherweise dazu beitragen, den kognitiven Rückgang mit dem Alter zu verhindern“, sagte Knierim. “Oder, wenn wir es nicht stoppen können, können wir vielleicht andere Teile des Gehirns verbessern, um die auftretenden Verluste auszugleichen.”

Die anderen Hauptautoren des Papiers waren Michela Gallagher, Krieger-Eisenhower-Professorin für Psychologie und Neurowissenschaften an der Johns Hopkins University, und Scott Zeger, Professor für Biostatistik an der Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health. Das Labor von Gallagher hat zuvor gezeigt, dass das Antiepileptikum Levetiracetam die Gedächtnisleistung verbessert, indem es die Hyperaktivität im Hippocampus reduziert. Daher spekuliert Lee auch, dass diese neuen, spezifischeren Informationen darüber, wie Gedächtnisstörungen auftreten, es Wissenschaftlern ermöglichen könnten, diese Medikamente in Zukunft besser auf Defizite auszurichten.

„Es würde uns mehr Kontrolle darüber geben, wo wir die Defizite, die wir sehen, potenziell angehen könnten“, sagte sie.

Über diese Neuigkeiten aus der Alterns- und Gedächtnisforschung

Autor: Pressebüro
Quelle: Johns Hopkins Universität
Kontakt: Pressestelle – Johns Hopkins University
Bild: Bild ist gemeinfrei

Ursprüngliche Forschung: Zugang geschlossen.
„Verlust der funktionellen Heterogenität entlang der CA3-Querachse im Alter“ von Heekyung Lee et al. Aktuelle Biologie


Abstrakt

Siehe auch

Dieses zeigt die Umrisse einer Frau, eines Gehirns und einer Uhr

Verlust der funktionellen Heterogenität entlang der CA3-Querachse während des Alterns

Starke Punkte

  • Junge Ratten (Y) zeigen den Übergang von der Mustertrennung zur Mustervervollständigung in CA3
  • Alte Ratten mit Gedächtnisbeeinträchtigung (AI) zeigen eine Mustervervollständigung im proximalen und distalen CA3
  • KI-Ratten können Darstellungen in zwei räumlich unterschiedlichen Umgebungen orthogonalisieren
  • Alte Ratten ohne Gedächtnisbeeinträchtigung zeigen Zwischentrends zwischen Y- und AI-Ratten

Zusammenfassung

Es wurde postuliert, dass altersbedingte Defizite bei der Mustertrennung die Hippocampus-Gedächtnisverarbeitungsleistung in Richtung Mustervervollständigung beeinflussen, was zu Defiziten beim genauen Abrufen von Erinnerungen führen kann.

Obwohl die CA3-Region des Hippocampus oft als nahtloses Netzwerk konzipiert wird, das an der Mustervervollständigung beteiligt ist, zeigen zunehmende Beweise einen funktionellen Gradienten in CA3 entlang der Querachse, da durch das Modell getrennte Ausgänge (dominant in der proximaleren CA3) in a umgewandelt werden fertiges Modell. Ausgänge (dominant im distaleren CA3).

Wir untersuchten neuronale Repräsentationen entlang der CA3-Querachse bei jungen (Y), gealterten Ratten ohne Gedächtnisbeeinträchtigung (AU) und gealterten Ratten mit Gedächtnisbeeinträchtigung (AI), wenn verschiedene Änderungen an der Umgebung vorgenommen wurden.

Funktionelle Heterogenität in CA3 wurde bei Y- und AU-Ratten beobachtet, wenn die Umgebungsähnlichkeit hoch war (veränderte Zeichen oder veränderte Umgebungsformen im selben Raum), mit stärker orthogonalisierten Darstellungen in proximalem CA3 als in distalem CA3.

Im Gegensatz dazu zeigten IA-Ratten eine reduzierte Orthogonalisierung im proximalen CA3, zeigten aber normale (d. h. verallgemeinerte) Darstellungen im distalen CA3 mit wenig Hinweis auf einen funktionellen Gradienten.

Unter experimentellen Bedingungen, bei denen die Umgebungsähnlichkeit gering war (verschiedene Räume), wurden Repräsentationen im proximalen und distalen CA3 bei allen Ratten neu zugeordnet, was zeigt, dass das CA3 von AI-Ratten in der Lage ist, unverwechselbare Repräsentationen für Eingaben mit einer größeren Unähnlichkeit zu codieren.

Diese Experimente stützen die Hypothesen, dass die altersbedingte Neigung zur Hippocampus-Matrizen-Vervollständigung auf dem Verlust des normalen Übergangs von der Matrizentrennung zur Matrizen-Vervollständigung entlang der Querachse CA3 bei IA-Ratten beruht.

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