Hoe deze virtual reality-gamemuizen Alzheimerpatiënten kunnen helpen

(CNN) New Yorkse onderzoekers ontwikkelden een virtual reality-doolhof voor muizen in een poging een vraag te demystificeren die al tientallen jaren met neurowetenschappers worstelt: hoe worden langetermijnherinneringen opgeslagen?

Wat ze vonden verraste hen. Na de vorming van de hippocampus, een gebogen structuur die zich diep in de hersenen bevindt, waren de herinneringen van de muizen al geworteld in de zogenaamde anterieure thalamus, een hersengebied dat wetenschappers gewoonlijk helemaal niet associëren met geheugenverwerking.

“De thalamus die hier een duidelijke winnaar is, was erg opwindend voor ons en onverwacht”, zegt Priya Rajasthupathi, universitair hoofddocent aan de Rockefeller University en een van de auteurs van een collegiaal getoetste studie gepubliceerd in het tijdschrift. cel deze week. De thalamus wordt vaak gezien als een sensorisch, niet erg cognitief, niet erg belangrijk relais in het geheugen.

Dit nieuwe onderzoek geeft echter aan dat het een cruciale rol kan spelen bij het omzetten van kortetermijnherinneringen in langetermijnherinneringen. Dat zou de thalamus tot een belangrijk studiegebied moeten maken voor onderzoekers die patiënten proberen te helpen met aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer, die oude herinneringen kunnen oproepen maar moeite hebben met het onthouden van nieuwe informatie, zei Rajasthupathi.

“Het signaleert een deel van de hersenen – de hypothalamus – om langetermijnherinneringen op te slaan op een manier die niemand anders heeft aangenomen”, zegt Lauren Frank, een professor in de fysiologie aan de Universiteit van Californië, San Francisco. die niet meededen aan het onderzoek.

binnen de studie

Rajasthupathi merkt op dat neurowetenschappers al lang weten dat herinneringen worden gevormd in de hippocampus, de focus van de overgrote meerderheid van het onderzoek naar aandoeningen zoals geheugenverlies en de ziekte van Alzheimer.

Eerder onderzoek “leidde tot dit model waarbij herinneringen worden gevormd in de hippocampus en vervolgens na verloop van tijd onafhankelijk worden en zich langzaam nestelen in de cortex”, het gerimpelde buitenste deel van de hersenen. De vraag, zei Rajasithupathi, was precies hoe herinneringen van de ene regio naar de andere worden overgedragen.

“Dit proces is al meer dan 50 jaar een mysterie, zou ik zeggen”, zei Rajasithupathy.

Het was een goed moment voor haar lab om te proberen een antwoord te vinden, voegde ze eraan toe, dankzij nieuwe technologie waarmee onderzoekers activiteit in meerdere delen van de hersenen van elk onderwerp konden volgen. Dankzij de innovaties kon het team volgen hoe herinneringen werden overgedragen toen de muizen leerden navigeren door een doolhof.

“Ik denk dat wat ze deden technisch zeer uitdagend was”, zei Frank. “Vooral waar ze de activiteit van meerdere neuronen in drie verschillende regio’s tegelijkertijd probeerden te (bewaken) met behulp van dit type vezelmicroscoop. Dit is iets heel moois.”

De studie – geleid door afgestudeerde studenten van de Rockefeller University Andrew Todder en Jozo Regalado, die in het Rajasthupathy Lab werken – omvatte het bevestigen van ratten aan een kopstuk dat was ontworpen om ze te stabiliseren, terwijl de machine optische vezels gebruikte om hersenactiviteit vast te leggen.

Het doolhof bracht ze naar verschillende “kamers” die hen stimulansen boden, zoals suikerwater, of afschrikkende middelen, zoals een luchtstroom in het gezicht.

De muizen keerden dagenlang terug naar het doolhof, genoeg tijd om langetermijnherinneringen te creëren.

“De analogie zou je verjaardagsdiner zijn versus het diner dat je drie dinsdagen geleden had”, zei Toader in een verklaring. “De kans is groter dat je je herinnert wat je op je verjaardag hebt gegeten, omdat het meer betekenis voor je heeft – al je vrienden zijn er, het is spannend – in plaats van gewoon een typisch diner, dat je je misschien de volgende dag herinnert, maar misschien niet een maand later. “

Ondertussen gebruikten de onderzoekers chemicaliën om delen van de hersenen van de muizen te immobiliseren om te bepalen hoe dit hun vermogen om herinneringen te vormen en op te slaan beïnvloedde.

Ze ontdekten niet alleen dat de voorste thalamus een cruciaal pad was voor deze herinneringen – ze ontdekten ook dat door dat gebied in de hersenen van de knaagdieren te stimuleren, de onderzoekers “de muizen konden helpen herinneringen vast te houden die ze normaal gesproken zouden vergeten”, aldus de onderzoekers. naar een Nieuwe uitgave Over de studie.

“Sommige herinneringen zijn belangrijker voor ons dan andere. We ontdekten dat muizen niet alleen de voorste thalamus nodig hebben om herinneringen te consolideren, maar door deze te activeren, kunnen we de consolidatie verbeteren van een herinnering die muizen normaal gesproken zouden vergeten,” voegde Rajasthupathi toe.

Wat betekent dit

Rajasethupathy merkt op dat er enkele beperkingen aan de studie zijn. Het suggereert bijvoorbeeld niet dat reizen door de voorste thalamus de enige route is die herinneringen kunnen nemen op weg naar langdurige opslag.

“Ik wil zijn Ze zei: “Dit is duidelijk niet het einde, alles. Misschien is niet alles verenigd door dit pad. Maar ik heb er alle vertrouwen in dat dit een van de zeer belangrijke afleveringen is.”

Deze studie was ook gebaseerd op muizen, die geen identieke hersenen hebben als mensen, maar zeer bruikbare modellen zijn gebleken om te ontdekken hoe onze hersenen werken. Bij knaagdieren duurt het opslaan van langetermijngeheugen weken, voegde Rajasthupathi eraan toe, terwijl het bij mensen maanden kan duren.

Het is ook mogelijk, merkte ze op, dat verschillende soorten geheugen verschillende snelwegen nemen. Er zijn expliciete herinneringen die zich richten op specifieke feiten, cijfers en gegevenspunten, en impliciete herinneringen worden meestal geassocieerd met emoties en kunnen zich vormen zonder dat iemand het beseft. De thalamus deelt mogelijk niet op dezelfde manier voor beide soorten informatie.

Maar Frank, een UCSF-professor, zei dat de studie brede implicaties zal hebben voor toekomstig onderzoek, en zal leiden tot verder onderzoek naar de rol van de thalamus bij geheugenopslag.

“Het is goed dat het veld het punt bereikt waarop we kunnen nadenken over de langetermijnontwikkeling van herinneringen en echt proberen te begrijpen hoe dat werkt”, zei hij. “De studie is zeker een stap in die richting.”