Das Finden Ihres Autos auf einem Parkplatz hängt von dieser neu entdeckten Gehirnschaltung ab

Zusammenfassung: Ein neu entdeckter Schaltkreis im Gehirn ermöglicht es uns, unsere Aufmerksamkeit auf das Wesentliche in der Umgebung zu lenken und andere Sinnesreize zu ignorieren.

Quelle: UCSF

Bei der Erkundung einer neuen Umgebung nutzen Mäuse eine einzigartige Fernverbindung im Gehirn, die sie dazu veranlasst, auf die hervorstechendsten Merkmale der Umgebung zu achten, so eine neue Studie der UC San Francisco.

Die Verbindung, die ihren Ursprung im präfrontalen Kortex hat und sich bis zum Hippocampus erstreckt, liefert Hinweise darauf, wie höhere kognitive Regionen des Gehirns Vorgänge in entfernten Gehirnbereichen feinabstimmen.

„Diese Schaltung ist ein Tor zum Verständnis, wie das Gehirn es dem präfrontalen Kortex ermöglicht, andere Teile des Gehirns herunterzuregulieren“, sagte Vikaas Sohal, MD, PhD, Hauptautor der Studie, die am 28. April 2022 veröffentlicht wurde. , in Zelle. “Es ist eine Art langreichweitiger Hemmungsweg, der zwei Regionen des Gehirns verbindet, die noch nie zuvor gesehen wurden.”

Der präfrontale Kortex (PFC), manchmal auch als „CEO des Gehirns“ bezeichnet, steuert exekutive Funktionen wie Aufmerksamkeit, Planung und Entscheidungsfindung. Der Hippocampus speichert Erinnerungen und verarbeitet räumliche Informationen, die uns helfen, uns in der Umgebung zurechtzufinden.

Der neu entdeckte Schaltkreis erleichtert die Fähigkeit, die Aufmerksamkeit auf das zu lenken, was in der Umgebung wichtig ist, und andere sensorische Reize zu ignorieren, sagte der Hauptautor der Studie, Ruchi Malik, PhD.

„Es ist, als würde der PFC all diese sensorischen Informationen registrieren und sagen: ‚Hey, Hippocampus, wir sind hier in diesem bestimmten Kontext, also achte jetzt auf diese bestimmten Informationen‘“, sagte Malik.

Sie nennt das Beispiel eines Parkplatzes als Kontext, in dem der PFC diese Art von Top-Down-Kontrolle über den Hippocampus ausübt.

„Um sich zu merken, wo Sie geparkt haben, würde der PFC den Hippocampus anweisen, selektiv auf Orientierungspunkte zu achten und sich dann bei Ihrer Rückkehr an diese Orientierungspunkte zu erinnern und danach zu suchen“, sagte Malik.

Passen Sie die Aufmerksamkeit an, indem Sie Neuronen hemmen

Das Einzigartige an diesem Schaltkreis ist die komplizierte Art und Weise, wie er die Aufgabe der Fokussierung der Aufmerksamkeit erfüllt: Er intensiviert und konzentriert die Aktivität in bestimmten Hippocampus-Mikroschaltkreisen, indem er Signale deaktiviert, die diese Mikroschaltkreise andernfalls überwältigen würden.

Das Ergebnis ist ein sehr klares Signal vom PFC, das dem Hippocampus sagt, was zu tun ist, und eine äußerst geschickte Art, diese Nachricht zu verfeinern, wenn sich die Umgebung ändert.

Das Team zeigte dies, indem es Mäuse 10 Minuten lang in eine kleine Arena setzte, in der sich einige kleine Objekte befanden. Während sie die Arena erkundeten, inspizierten die Mäuse die Objekte ein oder zwei Minuten lang und fuhren dann fort. Durch die Untersuchung der Aktivität im Gehirn von Mäusen fanden die Forscher heraus, dass die Signale zwischen den beiden Gehirnregionen synchronisiert waren.

Als eine Maus dieses Objekt erneut passierte, konnten die Forscher sehen, dass die Signale im Hippocampus verfeinert und verstärkt wurden.

„Da war dieser Dialog, der im Gange war; Der Hippocampus hat die Standorte von Objekten im Weltraum kartiert, und der PFC hat den Hippocampus über die Relevanz jedes Standorts informiert“, sagte Malik.

Das Team fand auch heraus, dass die Daten zeigten, welche Neuronen zu einem bestimmten Zeitpunkt feuerten, und identifizierten, wo sich die Maus zu diesem Zeitpunkt befand, was bestätigte, dass sich die Gehirnaktivität ändert, wenn sich die Maus einem Objekt nähert oder untersucht, das der PFC als wichtig erachtete.

Der neu entdeckte Schaltkreis erleichtert die Fähigkeit, die Aufmerksamkeit auf das Wesentliche in der Umgebung zu lenken und andere Sinnesreize zu ignorieren. Bild ist gemeinfrei

Dies deutet darauf hin, dass sich der Hippocampus bei der Kartierung der Umgebung auch anpasst, um bestimmte Muster neuronaler Aktivität zu erzeugen, wenn der präfrontale Kortex erkennt, dass sich die Maus einem wichtigen Ziel wie einem neuen Objekt nähert.

Eine Dysfunktion des Gehirnkreislaufs kann mit Demenz, ADHS in Verbindung gebracht werden

Das Team möchte eine bessere Vorstellung davon bekommen, welche Rolle dieser Schaltkreis in der Exekutivfunktion spielen könnte und welche Folgen es hat, wenn er seine Arbeit nicht effektiv erledigen kann. Malik glaubt, dass eine Dysfunktion in diesem Signalweg kognitiven Problemen im Zusammenhang mit Aufmerksamkeit oder Gedächtnis zugrunde liegen könnte, wie z. B. Demenz, ADHS oder psychiatrischen Störungen.

Ihr nächster Schritt in Richtung dieses Ziels besteht darin, ein Gefühl dafür zu bekommen, wie sich dieser Schaltkreis auf das Verhalten auswirkt, indem er untersucht, wie er bei komplexeren Aktivitäten funktioniert, wie z.

Malik hält es für wahrscheinlich, dass diese Verbindung zwischen dem übergeordneten kognitiven Teil des Gehirns und dem älteren, universellen Orientierungszentrum einen breiten Einfluss ausüben kann.

„Um in einer komplexen Umgebung zu agieren, Essen oder Belohnungen zu holen und dann wieder zurückzukommen, muss man in der Lage sein, auf bestimmte Reize zu achten und diese präzise im Raum anzuordnen“, erklärt sie. “Die Filterarbeit dieser Schaltung ist absolut notwendig.”

Siehe auch

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Finanzierung: Diese Forschung wurde durch die NIMH-Stipendien R01MH106507 und R01MH117961 unterstützt.

Über diese Neuigkeiten aus der neurowissenschaftlichen Forschung

Autor: Robin Marken
Quelle: UCSF
Kontakt: Robin Marks – UCSF
Bild: Bild ist gemeinfrei

Ursprüngliche Forschung: Den freien Zugang.
“Top-down-Signal-Rausch-Kontrolle des Hippocampus durch langreichweitige präfrontale Hemmung” von Vikaas Sohal et al. Zelle


Abstrakt

Top-down-Kontrolle des hippocampalen Signal-Rausch-Verhältnisses durch langreichweitige präfrontale Hemmung

Starke Punkte

  • Der PFC reguliert den dorsalen Hippocampus (dHPC) über langreichweitige GABAerge Projektionen (LRG)
  • LRG-Projektionen erhöhen die Feedforward-Hemmung, indem sie auf VIP-Interneuronen in CA1 abzielen
  • PFC-dHPC-LRG-Projektionen verbessern die objektbezogene räumliche Kodierung in CA1
  • PFC-dHPC-LRG-Projektionen fördern die Objektexploration und die CA1-PFC-Gammasynchronisation

Zusammenfassung

Dem präfrontalen Kortex (PFC) wird postuliert, dass er die „Top-down-Kontrolle“ über die Informationsverarbeitung im gesamten Gehirn ausübt, um bestimmte Verhaltensweisen zu fördern. Die Wege, die eine Top-Down-Kontrolle vermitteln, sind jedoch noch kaum verstanden.

Insbesondere das Wissen über direkte präfrontale Verbindungen, die eine Top-Down-Kontrolle der Hippocampus-Informationsverarbeitung erleichtern könnten, ist nach wie vor rar.

Hier beschreiben wir langreichweitige monosynaptische GABAerge Projektionen vom PFC zum Hippocampus.

Diese hemmen vorzugsweise Interneurone, die vasoaktive intestinale Polypeptide exprimieren, von denen bekannt ist, dass sie Hippocampus-Mikroschaltkreise desinhibieren. Tatsächlich erhöht die Stimulation präfrontal-hippocampaler GABAerger Projektionen die antizipatorische Hemmung des Hippocampus und reduziert die hippocampale Aktivität. Leben.

Der Nettoeffekt dieser Maßnahmen besteht darin, das Signal-Rausch-Verhältnis für die hippocampale Codierung von Objektorten spezifisch zu verbessern und die objektinduzierte Erhöhung der räumlichen Information zu erhöhen. Dementsprechend fördert oder unterdrückt die Aktivierung oder Hemmung dieser Projektionen die Erkundung von Objekten.

Zusammen verdeutlichen diese Ergebnisse einen absteigenden präfrontalen Weg, bei dem weitreichende GABAerge Projektionen auf desinhibitorische Mikroschaltkreise abzielen und dadurch die Signale und die Netzwerkdynamik verstärken, die dem Erkundungsverhalten zugrunde liegen.

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