اپتوژنتیک به نشان دادن آنچه اتفاق می افتد در سلول های مغز در هنگام ایجاد ترس و حافظه کمک می کند

محققان از اپتوژنتیک برای ردیابی مسیرهای سریع و کند مولکولی که عملکرد حافظه را پشتیبانی می کنند استفاده کردند.

غلظت پایدار (همچنین به عنوان یک هوشیار پایدار شناخته می شود) نوع متفاوتی از حافظه نسبت به یک لحظه لحظه ای ایجاد می کند و این تفاوت ها با مولکول های سیگنالینگ متمایز در مغز موش ها مرتبط است. محققان مرکز RIKEN برای علوم مغز (CBS) از اپتوژنتیک برای کمک به تجسم این دینامیک در مغز زنده موش استفاده کردند و مسیرهای مولکولی سریع و کند را مشاهده کردند که عملکرد حافظه را پشتیبانی می کنند. این فرایندها در سلولهای مغزی موسوم به آستروسیتها اتفاق می افتد و روش مهم دیگری را برای کمک به این سلولها به سلولهای عصبی نشان می دهد.

نوراپی نفرین ، نورآدرنالین نیز نامیده می شود ، یک هورمون دوگانه و انتقال دهنده عصبی است که بدن را برای عمل آماده می کند. تحقیقات قبلی نشان داده است که آزادسازی نوراپی نفرین برای اصلاح سیناپس ها ، اتصالات بین نورون هایی که تشکیل می شوند و حافظه ها را تقویت می کنند مهم است. آستروسیت ها واسطه های اساسی این تغییرات هستند و محققان علاقمند بودند در زمان واقعی ببینند چه اتفاقی در این سلول ها هنگام یادگیری موش ها می افتد.

ابتدا تیم با استفاده از روشی بنام اپتوژنتیک سلولهای مغزی را با نور تحریک می کنند تا القاء ترشح نوراپی نفرین شود. آنها بر روی نورونهای نورآدرنرژیک منشأ بخشی از مغز که به نام locus coeruleus نامیده می شوند متمرکز شدند. انتشار نوراپی نفرین دو زنجیره مجزا از وقایع مولکولی را راه اندازی کرد ، اولین فعالیت کلسیم و دومین اردوگاه ، یک مولکول مهم سیگنالینگ. سطح کلسیم در آستروسیت ها پس از انتشار نوراپی نفرین سریعاً افزایش یافت ، در حالی که سطح اردوگاه افزایش آهسته تر اما پایدار تری داشت. حاجیمه هیراز ، نویسنده ارشد و رهبر تیم می گوید: "ما فکر می کنیم این پویایی سریع و کند سرعت قابل توجهی است زیرا ارتفاع کلسیم در آستروسیت ها باعث افزایش انعطاف پذیری سیناپسی یا توانایی سلول ها در ایجاد اتصالات جدید حافظه می شود ، در حالی که ارتفاع cAMP متابولیسم انرژی را برای یکپارچه سازی حافظه بسیج می کند." در RIKEN CBS.

برای دیدن اینکه چگونه این واکنشهای مولکولی سریع و کند انجام می شود ، به موش ها پف هوای تصادفی به صورت داده شد تا یک واکنش کوتاه از حالت اولیه را برانگیزند. در این شرایط ، سطح cAMP به هیچ وجه بالا نمی رود ، در حالی که کلسیم همانطور که قبلاً مشاهده شد بالا می رود. در آزمایش دوم به موش ها شوک پا که همراه با صدا بود برای ایجاد حافظه ترس داده شد. با شنیدن دوباره صدا ، موشها در انتظار شوک یخ می زنند. این بار ، سطح اردوگاه قابل ملاحظه ای افزایش یافته است ، در حالی که سطح کلسیم نیز افزایش یافته اما به سرعت خاموش می شود. یوکی اوه ، نویسنده اول ، دانشمند تحقیق در گروه هیراز ، توضیح می دهد: "هنگامی که موش ها در این حالت هوشیار و پایدار هستند ، مقدار زیادی از نوراپی نفرین آزاد می شود ، همراه با تدریج اردوگاه کامپوزیت." "این نشان می دهد که چگونه آستروسیت ها از تشکیل حافظه ترس پشتیبانی می کنند." نه کلسیم و نه پاسخهای اردوگاه در موشهایی که داروهای مسدود کننده نوراپی نفرین را به آنها داده بودند ، مشاهده نشد ، این نشان می دهد که انتشار نوراپی نفرین در واقع محرک این تغییرات است.

بنابراین پیامدهای کوتاه مدت و طولانی مدت ترشح نوراپی نفرین در مغز به وضعیت و رفتار بستگی دارد. به نظر می رسد که شکل گیری حافظه با افزایش سطح اردوگاه پشتیبانی می شود ، در حالی که حالت هوشیاری زودگذر یا کلسیم شامل کلسیم بالا رفته در کوتاه مدت است. هیراز اظهار داشت: "یکی از اثرات cAMP تجزیه گلیکوژن برای انرژی سریع در شرایط جنگ یا پرواز است." "این افزایش متابولیسم انرژی می تواند به تحکیم خاطرات در مقیاس های طولانی تر کمک کند ، در حالی که افزایش سریع کلسیم می تواند آستانه انعطاف پذیری سیناپسی را کاهش دهد."