Die Forscher untersuchen die Mechanismen, die hinter Lern-und Langzeitgedächtnis im Gehirn

Wenn wir den ersten Kauf eines smart phone, alle unsere Einstellungen und Anwendungen sind die gleichen. Aber wie die Zeit vergeht, alle Telefone wird sich drastisch verändern, wie wir passen Sie an unsere eigenen individuellen Bedürfnisse und Vorlieben. In der gleichen Weise, unsere Erinnerungen und Lebenserfahrungen, die geladen werden in unserem Gehirn, so dass eine person, die einzigartig von anderen.

Selbst die einfachsten Erfahrungen ändern unser Gehirn auf zellulärer Ebene. Jedes mal, wenn wir etwas neues lernen, unser Gehirn ändert. Genau, wie diese information gespeichert wird in unserem Gehirn ist noch weitgehend unbekannt—bis jetzt.

Hehuang „David“ Xie, associate professor in der Abteilung von Biomedizinischen Wissenschaften und von Pathobiology in der Virginia-Maryland College of Veterinary Medicine, und seine Kollegen gerade veröffentlicht eine neue Studie in der Fachzeitschrift Nature Communications.

In dieser Studie, Xie und sein Forscherteam aufgeklärt Transkriptionsfaktoren und Enzyme, die Steuerung von bestimmten Prozessen im Gehirn durch die Methylierung der DNA.

Mit diesen neuen Informationen, können die Forscher in der Lage sein, um mehr zu erfahren über die langfristige Speicher und die Implikationen, die dies für das Verständnis der Alzheimer-Krankheit und anderen Erkrankungen, die durch im Speicher Verlust.

„Mit jeder Erfahrung-und Lernprozesse, Sie werden programmiert, um zu anderen Menschen. Es ist faszinierend, zu beginnen zu verstehen, wie der Prozess des Lernens im Gehirn passiert und wie jedes neue Stückchen information gelernt wird, machen Sie einen anderen morgen,“ sagte Xie, der auch ein verbundenes Mitglied der Fakultät des Fralin Life Sciences Institute.

Diese Forschung ist eine Zusammenarbeit, die über viele Labors am Virginia Tech, einschließlich der Liwu Li, ein professor in der Abteilung von Biologischen Wissenschaften im College der Wissenschaft; Jinsong Zhu, professor in der Abteilung von Biochemie im College der Landwirtschaft und Life Sciences; Alexei Morozov, Dozent an der Fralin Biomedical Research Institute an der VTC und dem Department of Biomedical Engineering und Mechanics in der College of Engineering; Alicia Pickrell, ein assistant professor in der Schule von Neurologie im College of Science; und Michelle Theus, ein außerordentlicher professor in der Abteilung von Biomedizinischen Wissenschaften und von Pathobiology in der Virginia-Maryland College of Veterinary Medicine.

Xie und seine Kollegen akribisch suchen Sie in zwei Komponenten, Egr1 und TET1, die hypothetisch ein team um uns zu helfen, neue Dinge zu lernen und bilden das Langzeitgedächtnis. „Egr1 und das Enzym TET1, es ist wie ein Programm nimmt eine Eingabe und speichert es in Ihrem iPhone“, sagte Xie. In diesem Fall, den „input“ externen sensorischen Informationen und das „iPhone“ ist Ihr Gehirn.

Mit Maus-Modellen, Xie sah an Ihrem frontalen Cortex, den primären Gehirn-region, wo das lernen gespeichert ist, und das Gehirn ist der langsamste, um zu Reifen. Die Forscher verwendeten ein Mausmodell, mehr zu tun-auffällige Beobachtungen wie der knockout von Genen.

Egr1 ist ein Transkriptionsfaktor, ein protein, das hilft, die Transkription der DNA in RNA. Egr1 spielt eine wichtige Rolle bei der langfristigen Gedächtnisbildung und die bisherige Forschung hat gezeigt, dass, wenn der Transkriptionsfaktor bewusstlos wird, der eine Maus, Speicher-Verlust-Ergebnisse.

TET1 ist ein Enzym, das sich in aktiven DNA-Demethylierung. DNA-Methylierung tritt auf, wenn eine methyl-Gruppe Hinzugefügt wird, um ein DNA-Molekül, das dann hemmt der Promotor-region eines Gens. In anderen Worten, wenn die DNA methyliert ist, Gene nicht ausgedrückt werden kann oder aktiviert.

Egr1 und TET1 Aufgabe betraut sind, die mit dem entfernen dieser methyl-Gruppe, so dass die Genexpression aktiviert werden kann und Erinnerungen gespeichert werden können.

„Es ist im Grunde ein ‚on‘ oder ‚off‘ – Schalter, die unsere gene expression, oder erhöht oder verringert die unsere expression. EGR1 wird uns helfen, dies zu nutzen-switching-system, so dass, wenn Sie erhalten einen externen stimulus, der die Gene zum Ausdruck gebracht werden—und drückte schnell mehr. Jetzt hast du es gelernt; es ist schon unmethylated, und jetzt können Sie entsprechend reagieren.“

Forscher sehen, dass diese Egr1-TET1 team-up könnte ein Mechanismus für das lernen, die erstreckt sich über das Gehirn. Zum Beispiel, es gibt ähnliche „Familienmitglieder“ zu Egr1 und TET1 im Blut.

In das Immunsystem, Gedächtnis-B-Zellen und Gedächtnis-T-Zellen sind der Schlüssel für die Entstehung und Aufrechterhaltung der immunologischen Gedächtnis. Sie haben die Fähigkeit, sich zu erinnern die Antigene der Vergangenheit Invasoren, so dass die nächste mal, wenn Sie angegriffen werden, können Sie initiieren eine schnelle immunologische Reaktion.

Dieser Prozess weist auf die Möglichkeit hin, dass andere Organe theoretisch in der Lage sein kann, zu bilden Erinnerungen. Die schwere dieser Befund ist bedeutsam in Bezug auf das lernen. Gibt es eine Möglichkeit, dass lernen zum besseren zu verändern? Können wir ändern das Bildungssystem zu verbessern lernen?

Diese Fragen sind für Xie und seine Forschungsgruppe zu erkunden.

„Es gibt eine Menge von diesen grundlegenden Dinge, die wir nicht kennen. Zum Beispiel, die Marker und das gen-Schalter: Wie können wir Sie identifizieren, und können wir mit diesen Schaltern? Kann benutzt werden zum überwachen von Krankheit? Kann verwendet werden, um die überwachung bestimmter Ereignisse? Ich denke, es gibt so viele Dinge, die kommen zu uns, und wir brauchen nur zu überlegen, was wir tun können, gerade jetzt“, sagte Xie.