Wie funktioniert das Gehirn übersetzen Informationen aus der Außenwelt in etwas, was wir erinnern? Ein internationales team von Forschern des Human Brain Project gezoomt haben, auf die neuronalen Verschaltungen im striatum, einer Struktur des Gehirns beteiligt, Speicher, Verhalten und Belohnung zu lernen. Die Ergebnisse, veröffentlicht in der PLOS Computational Biology Journal, erhöhen unser wissen über die grundlegende Funktionsweise des Nervensystems und seine Fähigkeit zu lernen und sich an veränderte Bedingungen anzupassen.
Wir alle kennen diese Erfahrung: Wir hören eine Melodie und es irgendwie hinterlässt seine Spuren, so dass wir erkennen es, wenn wir es noch einmal hören, sogar Jahrzehnte später. Schauen wir uns ein van-Gogh-Gemälde einmal, und es bleibt beeindruckt, in unserer Erinnerung für unser ganzes Leben. Aber wie kann etwas so flüchtig wie die Melodie werden Sie Teil des Gehirns und führen zur Entstehung von Erinnerungen, die unser Verhalten Formen?
Die Verarbeitung von Informationen im Gehirn erfolgt innerhalb von neuronalen schaltungen, die miteinander durch Synapsen. Jede änderung dieser Synapsen hat Einfluss darauf, wie wir uns an Dinge erinnern, oder reagieren auf bestimmte Reize. Eine Möglichkeit, dass die neuronalen schaltungen sind, die geändert wird, um durch den Prozess der synaptischen Plastizität, in denen bestimmte Synapsen sind entweder gestärkt oder geschwächt werden über die Zeit in Antwort auf neuronale Aktivität. Durch die Analyse der Netzwerke von biochemischen Reaktionen, die die Grundlage der synaptischen Modifikationen, die Wissenschaftler in Heidelberg, Lausanne, Jülich und Stockholm in der Lage gewesen, um neue Einsichten in die Mechanismen der Plastizität.
„Simulation der Plastizität Mechanismen sind entscheidend, wenn wir wollen, um zu verbessern unser Verständnis von, wie höhere-Ebene-Phänomene, wie lernen und Gedächtnisbildung, ergeben sich aus Berechnungen, die auf der molekularen Ebene“, sagt Jeanette Hellgren Kotaleski vom Royal Institute of Technology in Stockholm, einer der co-Leiter der Studie.
In Neuronen, die externe und interne Informationsverarbeitung erfolgt durch synaptische Signaltransduktion Netzwerke, die bestimmen, die synaptische Plastizität. Manchmal sogar einzelne Moleküle—Häufig Enzyme, Proteine, die stark beschleunigen bzw. katalysieren spezifische Chemische Reaktionen—sind in der Lage zu erkennen, rechnerische Fähigkeiten innerhalb dieser Netzwerke. Ein Beispiel ist die Familie der säugetier-adenylylcyclase-Enzyme (ACs), dass die übersetzen können extrazelluläre Signale in intrazelluläre Molekül cAMP, eines der wichtigsten zellulären second messenger signaling-Moleküle. „Ich war fasziniert von diesen Enzymen für eine lange Zeit“, sagt Paolo Carloni aus dem Forschungszentrum Jülich, „was ist wirklich wichtig hier ist nicht, wie schnell die katalysierte Reaktion ist, sondern vielmehr, wie die Natur übt eine strikte Kontrolle über diese chemischen Maschinen: bestimmte akzessorische Proteine, die von exquisit-targeting AC Enzyme, treten die chemischen Reaktionen aus, andere blockieren Sie. Unsere Arbeit stellt einen wichtigen Schritt in Richtung Verständnis dessen, was wir nennen können „molekularen Erkennung“ dieser AC-Proteine, auf deren Grundlage Neuronen kontrollieren können, mit erstaunlicher Präzision und Genauigkeit die Geschwindigkeit des AC ‚ s katalysierten Reaktion. Dies wiederum aktiviert die nachfolgenden Prozesse wesentlich für die neuronale Funktion.“