1953 년 늦여름 날, 곧 환자 H.M. 실험 수술을 받았습니다. 쇠약 해지는 발작을 치료하기 위해 외과의는 해마라고하는 구조의 일부를 포함하여 뇌의 일부를 제거했습니다. 발작이 멈췄습니다.

안타깝게도 H.M. 환자에게는 시간도 마찬가지였습니다. 수술 후 깨어 났을 때 정상적인인지 능력, 언어 및 단기 작업 기억을 유지 했음에도 불구하고 더 이상 새로운 장기 기억을 형성 할 수 없었습니다. 환자 H.M.의 상태는 궁극적으로 장기 기억을 생성하는 뇌의 능력이 해마에 따라 달라지는 별개의 과정임을 밝혀 냈습니다.

과학자들은 기억이 만들어지는 곳을 발견했습니다. 그러나 그것들이 어떻게 만들어 지는지는 알려지지 않았습니다.

이제 하버드 의과 대학 (HMS)의 신경 과학자들은 장기 기억의 생물학을 이해하고 기억력이 부족할 때 개입 할 방법을 찾기위한 결정적인 단계를 밟았습니다. 12 월 9 일 Nature에서보고 된이 연구에서는 성인 마우스 해마의 뉴런이 다른 뉴런에서 수신하는 신호를 조절하는 데 사용하는 새로 확인 된 메커니즘을 설명합니다. 기억 통합 및 회상을 위해.

이 연구는 HMS 신경 생물학 대학원생 인 Lynn Yap과 HMS의 Blavatnik Institute 신경 생물학 위원장 인 Michael Greenberg가 주도했습니다.

“기억력 인간 존재의 모든 측면에 필수적입니다. 평생 지속되는 기억을 인코딩하는 방법에 대한 질문은 근본적인 것입니다. 우리의 연구는이 현상의 핵심입니다.”라고 HMS Nathan Marsh Pusey 신경 생물학 교수 인 Greenberg는 말했습니다. 연구 교신 저자.

연구원 ob 새로운 경험이 Fos와 Scg2라는 두 가지 유전자를 발현하는 해마에서 희소 한 뉴런 집단을 활성화시키는 데 기여했습니다. 이러한 유전자는 뉴런이 뉴런의 흥분을 약화시키는 세포 인 억제 성 인터 뉴런의 입력을 미세 조정할 수 있도록합니다. 이런 식으로 작은 그룹의 이질적인 뉴런은 경험에 대한 반응으로 조정 된 활동으로 지속적인 네트워크를 형성 할 수 있습니다.

“이 메커니즘은 뉴런이 다음 번에 기억이 필요할 때 서로 더 잘 대화 할 수 있도록합니다. Yap은 “우리는이 Fos 매개 회로의 동시 활성화가 수면 중과 같은 기억 통합을 위해 잠재적으로 필요한 기능이고 또한 뇌의 기억을 기억하는 데 필요한 기능이라고 생각합니다.”라고 말했습니다.

회로 오케스트레이션

기억을 형성하기 위해 뇌는 어떻게 든 경험을 뉴런에 연결하여 이러한 뉴런이 재 활성화 될 때 초기 경험을 회상 할 수 있도록해야합니다. 그들의 연구에서 Greenberg, Yap 및 팀은 Fos 유전자를 조사하여이 과정을 탐구하기 시작했습니다.

1986 년 Greenberg와 동료에 의해 뉴런 세포에서 처음 설명 된 Fos는 뉴런이 활성화되었습니다. 과학자들은 Fos를 최근 신경 활동의 마커로 사용하여 갈증, 혼돈 및 기타 여러 행동을 조절하는 뇌 세포를 식별하여이 속성을 활용했습니다.

과학자들은 Fos가 학습에 중요한 역할을 할 수 있다고 가정했습니다. 그리고 수십 년 동안 유전자의 정확한 기능은 미스터리로 남아있었습니다.

연구자들은 새로운 환경에 생쥐를 노출시키고 해마의 주요 세포 인 피라미드 뉴런을 조사했습니다. 그들은 상대적으로 드문 뉴런 집단이 새로운 경험에 노출 된 후 Fos를 발현한다는 것을 발견했습니다. 다음으로, 그들은 해마의 특정 영역에 전달 된 바이러스 기반 도구를 사용하여 이러한 뉴런이 Fos를 발현하지 못하도록 막았으며 다른 세포는 영향을받지 않았습니다.

이러한 방식으로 Fos를 차단 한 마우스는 상당한 기억력 결핍을 보였습니다. 공간적 세부 사항을 기억해야하는 미로에서 평가했을 때 유전자가 기억 형성에 중요한 역할을한다는 것을 나타냅니다.

연구자들은 Fos를 발현하는 뉴런과 그렇지 않은 뉴런의 차이를 연구했습니다. 광 유전학을 사용하여 근처에있는 다른 뉴런의 입력을 켜거나 끄면서 Fos를 발현하는 뉴런의 활동이 두 가지 유형의 인터 뉴런에 가장 크게 영향을 받는다는 것을 발견했습니다.

Fos를 발현하는 뉴런은 활동이 증가하는 것으로 나타났습니다. 하나의 뚜렷한 유형의 인터 뉴런으로부터의 신호 감쇠 또는 억제 및 다른 유형의 억제 신호 감소. 이러한 신호 패턴은 Fos 발현이 차단 된 뉴런에서 사라졌습니다.

“이 인터 뉴런에 대해 중요한 것은 개별 Fos 활성화 뉴런이 발화하는시기와 양, 그리고 다른 뉴런에 비해 발화하는시기를 조절할 수 있다는 것입니다. Yap은 “마침내 우리는 Fos가 실제로 어떻게 기억 프로세스를 지원할 수 있는지, 특히 해마에서 이러한 유형의 회로 가소성을 조정함으로써 실제로 어떻게 처리 할 수 있는지에 대한 처리를 할 수 있다고 생각합니다.”라고 말했습니다.”

오늘을 상상해보세요

연구자들은 다른 유전자를 조절하는 전사 인자 단백질을 암호화하는 Fos의 기능을 추가로 조사했습니다. 그들은 단일 세포 시퀀싱과 추가적인 게놈 스크린을 사용하여 Fos에 의해 활성화 된 유전자를 확인했고, 특히 하나의 유전자 인 Scg2가 억제 신호를 조절하는 데 중요한 역할을한다는 것을 발견했습니다.

실험적으로 침묵 한 Scg2, Fos가있는 마우스에서 -해마에서 활성화 된 뉴런은 두 유형의 인터 뉴런에서 신호를 보내는 데 결함이있는 것으로 나타났습니다. 이 생쥐는 또한 세타 및 감마 리듬, 학습 및 기억의 중요한 특징으로 생각되는 뇌 특성에 결함이있었습니다.

이전 연구에서는 Scg2가 네 가지 별개의 형태로 분해 될 수있는 신경 펩티드 단백질을 코딩하는 것으로 나타났습니다. 그런 다음 분비됩니다. 현재 연구에서 Yap과 동료들은 뉴런이 이러한 뉴런 펩티드를 사용하여 인터 뉴런에서받는 입력을 미세 조정하는 것으로 보인다는 사실을 발견했습니다.

함께 팀의 실험은 새로운 경험 후에 소규모 뉴런 그룹이 있음을 시사합니다. Fos를 동시에 발현하여 Scg2와 그 파생 된 신경 펩티드를 활성화하여 인터 뉴런에 의해 조절되는 활동으로 조정 된 네트워크를 구축합니다.

“새로운 경험 후 해마에서 뉴런이 활성화 될 때 반드시 그런 것은 아닙니다. Greenberg는 “하지만 interneuron은 매우 넓은 축삭 아버를 가지고있어 한 번에 많은 세포와 연결하고 신호를 보낼 수 있습니다.”라고 말했습니다. 이것은 희소 한 뉴런 그룹이 함께 연결되어 궁극적으로 기억을 인코딩하는 방법 일 수 있습니다.”

연구 결과는 장기 기억을위한 가능한 분자 및 회로 수준 메커니즘을 나타냅니다. 그들은 기억 형성의 근본적인 생물학에 새로운 빛을 비추고 기억 기능 장애의 질병에 광범위한 영향을 미칩니다.

연구자들은 결과가 내부 작용에 대한 우리의 이해에 중요한 단계라는 점에 주목합니다. 메모리, 새로 식별 된 메커니즘에 대한 답변되지 않은 수많은 질문이 남아 있습니다.

“우리는 아직 답을 얻지 못했지만 이제 취해야 할 다음 단계의 많은 부분을 볼 수 있습니다.”라고 Greenberg는 말했습니다. “만약 우리가이 과정을 더 잘 이해할 수 있다면, 나이 관련 기억 상실이나 알츠하이머 병과 같은 신경 퇴행성 장애에서 일이 잘못되었을 때 기억과 개입하는 방법에 대한 새로운 핸들을 갖게 될 것입니다.”

결과 또한 탐구하는 데 수십 년이 더 걸릴 수있는 새로운 연구 길을 열었음에도 불구하고 수십 년에 걸친 연구의 정점을 대표한다고 Greenberg는 덧붙였습니다.

“저는 제 논문이 다음을 설명하는 것처럼 1986 년에 하버드에 도착했습니다. 뉴런 활동이 유전자를 켤 수 있다는 발견이 발표되었습니다.” 그는 말했다. “그 이후로 저는 Fos와 같은 유전자가 장기 기억에 어떻게 기여할 수 있는지 알아낼 날을 상상해 왔습니다.”

추가 저자로는 Noah Pettit, Christopher Davis, M. Aurel Nagy가 있습니다. , David Harmin, Emily Golden, Onur Dagliyan, Cindy Lin, Stephanie Rudolph, Nikhil Sharma, Eric Griffith 및 Christopher Harvey.

이 연구는 국립 보건원 (보조금 R01NS028829, R01NS115965, R01NS089521)의 지원을 받았습니다. , T32NS007473 및 F32NS112455), Stuart HQ 및 Victoria Quan 펠로우쉽, 하버드 신경 생물학과 대학원 펠로우쉽, Aramont Fund