یک مدار مغزی در تالاموس به ما کمک می کند تا اطلاعات را در ذهن نگه داریم

با افزایش سن افراد، حافظه کاری آنها اغلب کاهش می یابد و انجام کارهای روزمره را دشوارتر می کند. یکی از مناطق کلیدی مغز که با این نوع حافظه مرتبط است، تالاموس قدامی است که عمدتاً در حافظه فضایی – حافظه محیط اطراف ما و نحوه حرکت در آنها نقش دارد.

در مطالعه ای روی موش ها، محققان MIT مداری را در تالاموس قدامی شناسایی کرده اند که برای به خاطر سپردن نحوه حرکت در پیچ و خم ضروری است. محققان همچنین دریافتند که این مدار در موش‌های مسن‌تر ضعیف می‌شود، اما افزایش فعالیت آن توانایی آن‌ها را برای اجرای صحیح پیچ و خم بسیار بهبود می‌بخشد.

به گفته محققان، این منطقه می‌تواند هدف امیدوارکننده‌ای برای درمان‌هایی باشد که می‌تواند به معکوس کردن از دست دادن حافظه در افراد مسن کمک کند، بدون اینکه بر سایر قسمت‌های مغز تأثیر بگذارد.

گوپینگ فنگ، جیمز دبلیو و پاتریشیا تی می‌گوید: «با درک اینکه چگونه تالاموس برون‌داد قشر مغز را کنترل می‌کند، امیدواریم بتوانیم به جای تعدیل کلی قشر پیشانی مغز که عملکردهای متفاوتی دارد، اهداف خاص‌تر و قابل تحمل‌تری در این ناحیه پیدا کنیم. پروفسور پویتراس در علوم مغز و شناختی در MIT، عضو انستیتو Broad از هاروارد و MIT، و معاون مدیر موسسه McGovern برای تحقیقات مغز در MIT.

فنگ نویسنده ارشد این مطالعه است که امروز در نشریه مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم. دیرج روی، برنده جایزه NIH K99 و عضو مک گاورن در موسسه برود، و یینگ ژانگ، عضو فوق دکترای جی داگلاس تان در موسسه مک گاورن، نویسندگان اصلی مقاله هستند.

حافظه فضایی

تالاموس، ساختار کوچکی است که در نزدیکی مرکز مغز قرار دارد، به حافظه فعال و بسیاری از عملکردهای اجرایی دیگر مانند برنامه ریزی و توجه کمک می کند. آزمایشگاه فنگ اخیراً در حال بررسی ناحیه ای از تالاموس به نام تالاموس قدامی است که نقش مهمی در حافظه و جهت یابی فضایی دارد.

مطالعات قبلی روی موش ها نشان داده است که آسیب به تالاموس قدامی منجر به اختلال در حافظه کاری فضایی می شود. در انسان، مطالعات کاهش مرتبط با افزایش سن را در فعالیت تالاموس قدامی نشان داده است که با عملکرد کمتر در وظایف حافظه فضایی مرتبط است.

تالاموس قدامی به سه بخش شکمی، پشتی و داخلی تقسیم می‌شود. در مطالعه‌ای که سال گذشته منتشر شد، فنگ، روی و ژانگ نقش تالاموس قدامی پشتی (AD) و تالاموس قدامی شکمی (AV) را در شکل‌گیری حافظه مورد مطالعه قرار دادند. آنها دریافتند که تالاموس AD در ایجاد نقشه های ذهنی فضاهای فیزیکی نقش دارد، در حالی که تالاموس AV به مغز کمک می کند تا این خاطرات را از دیگر خاطرات فضاهای مشابه تشخیص دهد.

در مطالعه جدید خود، محققان می‌خواستند تالاموس AV را عمیق‌تر بررسی کنند و نقش آن را در کار حافظه کاری فضایی بررسی کنند. برای انجام این کار، آنها به موش‌ها آموزش دادند که یک پیچ و خم ساده T شکل را اجرا کنند. در ابتدای هر آزمایش، موش ها می دویدند تا به T رسیدند. یک دست مسدود شده بود و آنها را مجبور می کرد تا بازوی دیگر را پایین بیاورند. سپس موش ها با هر دو دست باز در پیچ و خم قرار گرفتند. موش‌ها اگر بازوی مخالف را از اولین دویدن انتخاب کنند، پاداش می‌گرفتند. این بدان معنی بود که برای تصمیم گیری صحیح، آنها باید به خاطر بسپارند که اجرای قبلی را به کدام سمت چرخانده بودند.

هنگامی که موش ها این کار را انجام می دادند، محققان از اپتوژنتیک برای مهار فعالیت نورون های AV یا AD در طول سه بخش مختلف کار استفاده کردند: فاز نمونه، که در اولین اجرا رخ می دهد. مرحله تأخیر، در حالی که آنها منتظر شروع اجرای دوم هستند. و مرحله انتخاب، زمانی که موش ها تصمیم می گیرند در طول اجرای دوم به کدام سمت بچرخند.

محققان دریافتند که مهار نورون های AV در طول مراحل نمونه یا انتخاب هیچ تاثیری بر عملکرد موش ها نداشت، اما زمانی که آنها فعالیت AV را در مرحله تاخیر که 10 ثانیه یا بیشتر طول کشید، سرکوب کردند، موش ها در این کار بسیار بدتر عمل کردند.

این نشان می‌دهد که نورون‌های AV برای حفظ اطلاعات در زمانی که برای یک کار مورد نیاز هستند، بسیار مهم هستند. در مقابل، مهار نورون‌های AD عملکرد را در مرحله نمونه مختل کرد اما در مرحله تاخیر تأثیر کمی داشت. این یافته با مطالعه قبلی تیم تحقیقاتی که نشان می‌داد نورون‌های AD در شکل‌گیری خاطرات یک فضای فیزیکی نقش دارند، مطابقت داشت.

روی می گوید: “تالاموس قدامی به طور کلی یک منطقه یادگیری فضایی است، اما به نظر می رسد نورون های شکمی در این دوره نگهداری، در این تاخیر کوتاه، مورد نیاز باشند.” اکنون ما دو بخش در تالاموس قدامی داریم: یکی که به نظر می رسد به یادگیری زمینه ای کمک می کند و دیگری که در واقع به نگهداری این اطلاعات کمک می کند.

کاهش مرتبط با سن

محققان سپس تأثیرات سن را روی این مدار آزمایش کردند. آنها دریافتند که موش های مسن تر (14 ماهه) در کار T-Maze بدتر عمل کردند و نورون های AV آنها کمتر تحریک پذیر بودند. با این حال، هنگامی که محققان به طور مصنوعی آن نورون ها را تحریک کردند، عملکرد موش ها در این کار به طور چشمگیری بهبود یافت.

راه دیگر برای افزایش عملکرد در این کار حافظه، تحریک قشر جلوی مغز است، که همچنین دچار افت مرتبط با افزایش سن می شود. با این حال، محققان دریافتند، فعال کردن قشر جلوی مغز نیز میزان اضطراب را در موش‌ها افزایش می‌دهد.

ژانگ می‌گوید: «اگر ما مستقیماً نورون‌ها را در قشر پیش پیشانی داخلی فعال کنیم، رفتارهای مرتبط با اضطراب را نیز برانگیخته می‌شود، اما این اتفاق در طول فعال‌سازی AV رخ نمی‌دهد.» این مزیت فعال کردن AV در مقایسه با قشر جلوی مغز است.

به گفته محققان، اگر بتوان از یک فناوری غیرتهاجمی یا کم تهاجمی برای تحریک آن نورون‌ها در مغز انسان استفاده کرد، می‌تواند راهی برای جلوگیری از کاهش حافظه مرتبط با افزایش سن ارائه دهد. آنها اکنون در حال برنامه ریزی برای انجام توالی RNA تک سلولی سلول های عصبی تالاموس قدامی هستند تا امضاهای ژنتیکی را پیدا کنند که می تواند برای شناسایی سلول هایی که بهترین اهداف را ایجاد می کنند، استفاده شود.

این داستان با حسن نیت از MIT News (web.mit.edu/newsoffice/)، یک سایت محبوب که اخبار مربوط به تحقیقات، نوآوری و آموزش MIT را پوشش می دهد، بازنشر شده است.