Zum ersten Mal haben Forscher verwendeten eine Technik namens optische Bildgebung zur Visualisierung von Veränderungen in Nerven-Verbindungen, wenn Fliegen lernen. Diese Änderungen kann der Beginn einer komplizierten Kette von Ereignissen, die zu Bildung von dauerhaften Erinnerungen.
Die Studie wurde finanziert zum Teil durch die NIH Nationalen Institut für Neurologische Erkrankungen und Schlaganfall (NINDS) und erscheint in der Mai 13, 2004, Ausgabe von Neuron .*
Wissenschaftler seit langem fasziniert von den Fragen der Form, wie Erinnerungen und wie sie vertreten sind im Gehirn. Die Antworten auf diese Fragen kann helfen Forscher verstehen, wie zu behandeln oder zu verhindern Speicher Probleme, Drogenabhängigkeit, und andere menschliche Leiden.
Tausende von Veränderungen in der Genexpression, Neuron Bildung, Nerven-Signal-, und andere Merkmale können einbezogen werden, in die Bildung von nur einem einzigen Speicher. Wissenschaftler beziehen sich auf alle Lernen-induzierten Veränderungen im Gehirn als "Speicher-Trace."
In der neuen Studie, Ronald L. Davis, Ph.D., und Kollegen am Baylor College of Medicine in Houston entwickelt Fruchtfliegen mit besondere Gene verursacht, dass die Fliegen "neuronalen Verbindungen zu fluoreszierenden während Nerv Signaltechnik (synaptische Transmission). Sie dann ausgesetzt, um die Fliegen kurze Puffs der ein Geruch, während sie ein Schock. Dies führte sie zu lernen, eine neue Assoziation zwischen der Geruch und der Schock - eine Art des Lernens genannte klassische Konditionierung.
Mit Hilfe eines Hochleistungs-Mikroskop, um den fluoreszierenden Signale in fliegt "mit Hirn, da sie gelernt, die Forscher entdeckt, dass eine bestimmte Gruppe von Neuronen, genannt Projektion Neuronen, hatte eine größere Anzahl von aktiven Verbindungen mit anderen Neuronen nach der Konditionierung Experiment.
Diese aktiven Verbindungen neu erschienen innerhalb von 3 Minuten nach dem Experiment, was darauf hindeutet, dass die Synapsen, die sich aktiv nach dem Lernen stattgefunden hat bereits gebildet wurden, blieben aber "stille", bis sie benötigt werden, um den neuen Speicher. Die neue synaptische Aktivität verschwunden um 7 Minuten nach dem Experiment, aber der fliegt weiterhin zu vermeiden, den Geruch sie im Zusammenhang mit der Schock.
Dies ist das erste Mal, dass die optische Bildgebung verwendet wurde, um die Messdaten ein Speicher-Trace, sagt Dr. Davis. "Es ist phänomenal leistungsstarke, wie ein Film, die vor Ihnen", fügt er hinzu. Die Studie deutet darauf hin, dass die früheste Darstellung eines neuen Speicher erfolgt durch schnelle Veränderungen - "Flipping wie ein Schalter" - in der Anzahl der neuronalen Verbindungen, die den Geruch, anstatt durch die Bildung von neuen Verbindungen oder durch eine Erhöhung der Zahl der Neuronen, die ein Geruch, fügt er hinzu.
Die Tatsache, dass die Fliegen nach wie vor ein gelernt Reaktion auch nach dem neuen synaptischen Aktivität geschwunden deutet darauf hin, dass andere Speicher Spuren gefunden auf höheren Ebenen im Gehirn übernahm, um die Erinnerung für einen längeren Zeitraum, Dr. Davis schlägt. Wenn ja, die raschen Veränderungen der Nerven-Übertragung, dass die Forscher sahen Mai werden die alle wichtigen Schalter, das die Bildung von neuen Erinnerungen.
Diese Forschung legt nahe, einen zuvor unbekannten Mechanismus, wie Erinnerungen entstehen, sagt Dr. Davis. Während dieser Studie nur auf das Lernen in Bezug auf Gerüche, dieses neu identifizierten Prozess Mai werden bei der Arbeit in vielen anderen Arten von Lernen als gut. Es ist wahrscheinlich, dass diese oder ähnliche Mechanismen sind wichtig für Gedächtnis beim Menschen und anderen Tieren, fügt er hinzu.
"Dies ist eine bemerkenswerte Studie, die verwendet molekulargenetische Ansätze zur Visualisierung Speicher Bildung in einem lebenden Organismus. Es zeigt, dass in diesem Modell-System, kurzfristig Speicher beinhaltet die Einstellung von neuen synaptischen Verbindungen in bereits bestehenden Ensembles von Synapsen. Es wird kritisch zu prüfen, ob ähnliche Grundsätze Kontrolle Speicher Bildung in höheren Organismen ", sagt Robert Finkelstein, Ph.D., ein Programm-Direktor bei NINDS.
Die Forscher planen jetzt, um fluoreszierende Gene in einer Vielzahl von anderen Neuronen des Gehirns, um festzustellen, welche Reaktion auf verschiedene Reize. Dies ermöglicht ihnen zu lernen, wie sich die Änderungen identifiziert beeinflussen sie auf höherer Ebene Neuronen. Sie hoffe auch, das Studium zu beginnen ähnliche Mechanismen in anderen tierischen Modelle, wie zum Beispiel Mäuse.
Die NINDS ist eine Komponente der National Institutes of Health im Department of Health and Human Services und ist die Nation in erster Linie Anhänger der biomedizinischen Forschung auf das Gehirn und das Nervensystem.
* Yu D, Ponomarev A, Davis RL. "Veränderte Darstellung der räumlichen Code für Gerüche nach olfaktorischen klassische Konditionierung: Speicher-Trace Bildung von synaptischen Einstellung." Neuron, 13 Mai, 2004, vol. 42, Nr. 3, pp. 437-449.
Kontakt: Natalie Frazin oder Paul Girolami
301-496-5924
NIH / Nationales Institut für neurologische Erkrankungen und Schlaganfall