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Gehirnmechanismus im Zusammenhang mit altersbedingtem Gedächtnisverlust entdeckt

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.

Die heute erschienene Arbeit in Aktuelle Biologiewirft Licht auf die Funktionsweise 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 entscheidend für das normale Gedächtnis ist”, sagte der leitende Autor James Knierim, Professor am Zanvyl Krieger Mind / Brain Institute der Universität. „Aber auch bei vielen Gedächtnisstörungen läuft in diesem Bereich etwas schief.“

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

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

Neuronen, die für die Mustertrennung verantwortlich sind, sind typischerweise häufiger in der proximalen Region des CA3-Bereichs, während diejenigen, die für die Mustervervollständigung verantwortlich sind, in der distalen Region vorherrschend sind, sagte der Hauptautor Heekyung Lee, ein wissenschaftlicher Assistent am Mind / Brain Institute Die Aktivität in der proximalen Region wird überaktiv und das Zusammenspiel zwischen den beiden Regionen wird abnormal, wodurch eine Dominanz bei der Mustervervollständigung entsteht.

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 hochkomplexen.

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 – dies ist eine Mustervervollständigung.

Aber Sie müssen sich auch daran erinnern, welches Gespräch wann stattgefunden hat, damit Sie die beiden Erfahrungen nicht verwechseln – das ist Mustertrennung.

Wenn die Mustertrennung verschwindet, überwältigt die Mustervervollständigung den Prozess. Wenn sich Ihr Gehirn auf die gemeinsame Erfahrung des Restaurants konzentriert und die Details der einzelnen Besuche ausschließt, erinnern Sie sich vielleicht an ein Gespräch über eine Reise 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 ungestörtem Gedächtnis mit älteren Ratten mit ungestörtem Gedächtnis und älteren Ratten mit gestörtem Gedächtnis.

Während die älteren Ratten mit ungestörtem Gedächtnis Wasserlabyrinth-Aufgaben ebenso gut bewältigten wie junge Ratten, begannen die Neuronen in den CA3-Regionen ihrer Hippocampi bereits, die Mustervervollständigung auf Kosten der Mustertrennung zu bevorzugen.

Dieser Befund findet sich bei Menschen wieder, die bis ins hohe Alter überraschend scharf bleiben, sagen die Forscher. Das Bild ist gemeinfrei

Da sich dieser physiologische Befund nicht in ihrem Verhalten gezeigt hatte, schlossen die Forscher, dass etwas den Ratten erlaubte, das Defizit auszugleichen.

Dieser Befund findet sich bei Menschen wieder, die bis ins hohe Alter überraschend scharf bleiben, sagen die Forscher. Die Lokalisierung des Mechanismus des Gedächtnisverlusts könnte also den Grundstein dafür legen, zu lernen, was Gedächtnisstörungen bei manchen Menschen vorbeugt, und daher, wie kognitiver Rückgang bei älteren Menschen verhindert oder hinausgezögert werden kann.

„Wenn wir besser verstehen, was diese Kompensationsmechanismen sind, dann können wir vielleicht 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.“

Weitere Hauptautoren des Artikels waren Michela Gallagher, Krieger-Eisenhower-Professorin für Psychologie und Neurowissenschaften an der Johns Hopkins University, und Scott Zeger, Professor für Biostatistik an der Bloomberg School of Public Health der Johns Hopkins University. Das Labor von Gallagher hat zuvor gezeigt, dass das Antiepilepsie-Medikament 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, solche Medikamente in Zukunft besser auf die Defizite auszurichten.

„Es würde uns eine bessere Kontrolle darüber geben, wo wir die Defizite, die wir sehen, möglicherweise angehen könnten“, sagte sie.

Über diese Neuigkeiten aus der Alterns- und Gedächtnisforschung

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

Ursprüngliche Forschung: Geschlossener Zugang.
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 im Alter

Höhepunkte

  • Junge (Y) Ratten zeigen in CA3 einen Übergang von der Mustertrennung zur Mustervervollständigung
  • Gealterte gedächtnisgestörte (AI) Ratten zeigen Mustervervollständigung in proximalem und distalem CA3
  • KI-Ratten können Darstellungen in zwei räumlich unterschiedlichen Umgebungen orthogonalisieren
  • Alte Ratten mit ungestörtem Gedächtnis zeigen Trends, die zwischen Y- und AI-Ratten liegen

Zusammenfassung

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

Obwohl die CA3-Region des Hippocampus oft als ein homogenes Netzwerk konzipiert wird, das an der Mustervervollständigung beteiligt ist, zeigen zunehmende Beweise einen funktionellen Gradienten in CA3 entlang der Querachse, da mustergetrennte Ausgaben (dominant in der proximaleren CA3) in mustervervollständigt übergehen Outputs (dominant im distaleren CA3).

Wir untersuchten die neuronalen Repräsentationen entlang der CA3-Querachse bei jungen (Y), gealterten Ratten mit ungestörtem Gedächtnis (AU) und gealterten Ratten mit eingeschränktem Gedächtnis (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 Hinweise oder veränderte Umgebungsformen im selben Raum), mit stärker orthogonalisierten Darstellungen in proximalem CA3 als in distalem CA3.

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

Unter experimentellen Bedingungen, wenn die Umgebungsähnlichkeit gering war (verschiedene Räume), wurden Darstellungen in proximalem und distalem CA3 bei allen Ratten neu zugeordnet, was zeigt, dass CA3 von AI-Ratten in der Lage ist, charakteristische Darstellungen für Eingaben mit größerer Unähnlichkeit zu codieren.

Diese Experimente stützen die Hypothesen, dass die altersbedingte Neigung zur Vervollständigung des Musters im Hippocampus auf den Verlust des normalen Übergangs von der Mustertrennung zur Mustervervollständigung entlang der CA3-Querachse bei AI-Ratten zurückzuführen ist.

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