Publikace českého neurofyziologa Karla Ježka v časopise Nature
Jak probíhá aktivace příslušné vzpomínky v mozku? Právě publikovaná práce v odborném časopise Nature (viz zde) nabízí odpověď. Doktor Karel Ježek z Fyziologického ústavu AV ČR ve spolupráci s týmem badatelů z Norské univerzity vědy a technologie v Trondheimu (NTNU) a Mezinárodního institutu pro pokročilá studia v Terstu (SISSA), vedeným prof. Edvardem Moserem, nalezl metodu umožňující detailní popis procesu aktivace paměti na úrovni jednotlivých neuronů.
Paměťové stopy – vzpomínky – si lze představit jako rozdílné vzorce aktivity mnoha neuronů v
mozkových centrech zodpovídajících za paměťové funkce. Různé skupiny neuronů pak kódují odlišné
vzpomínky. Autoři sledovali prostorovou paměť v hipokampu, jenž je klíčovou částí mozku pro
paměťové funkce. Hipokampové neurony (neurony místa) jsou aktivní v různých místech prostředí,
která důvěrně známe. Jejich soubor tvoří tzv. prostorové mapy (Obr. 1). Při svých experimentech
vědci sledovali laboratorní potkany – v boxu A byla aktivní skupina neuronů tvořící mapu A, v boxu
B skupina jiná (mapa B, Obr. 2). Boxy se lišily pouze osvětlením, takže bylo možné náhle změnit
identitu boxu A v box B, a naopak. Jednoduchým přepnutím světel byl takto potkan v okamžiku „
teleportován“ mezi oběma místnostmi.
Momentálně aktivní prostorovou mapu vědci vyhodnocovali ve vysokém časovém rozlišení –
několikrát za sekundu stanovili, která prostorová vzpomínka je právě v mozku vyvolána. Změna boxů
způsobila i výměnu map – původní byla potlačena a nová aktivována. Podrobná analýza ukázala, že v
krátké době (i několik sekund) po „teleportaci“ mezi sebou obě paměťové stopy soupeří a mozek
jednou aktivuje mapu správnou, aby se vzápětí vrátil k mapě kódující předchozí box (Obr. 3).
Teprve tato, v podstatě kuriózní situace pomohla učinit zásadní objev spočívající v odhalení
principu časové organizace paměťových procesů v hipokampu. Tým zjistil, že neuronová populace
zpracovává informace ze smyslů (hledá k nim odpovídající vzpomínku) v krátkých opakujících se
cyklech, které odpovídají 6–11 Hz rytmu. Tento rytmus, nazývaný „theta“, je jedním z dominantních
EEG rytmů mozku. Cyklický, neustále se opakující proces aktivace paměti umožňuje mozku několikrát
za vteřinu korigovat eventuální nepřesnosti ve vybavování té vzpomínky, jež nejlépe odpovídá
informacím, které hipokampus dostává z jiných částí mozku. Paměťová mašinerie v hipokampu je takto
v čase strukturována theta rytmem do řetězce jakýchsi kvant, která představují elementy ve vybavení
paměťové stopy.
„Jde čistě o základní výzkum a fakt, že práce vychází v Nature, dokládá jeho význam. Posunuje
nás o hodně dál v pochopení, jak vlastně paměť funguje,“ poznamenal k vědeckému přínosu objevu
doktor Karel Ježek.
Obr. 1: Hipokampová reprezentace prostoru:
Prostorově specifická aktivita současně registrovaných pěti hipokampových neuronů ve
čtvercovém prostředí, v němž potkan strávil 10 minut. Modrá plocha značí nulovou aktivitu, měnící
se barevná teplota směrem k bordové kóduje vzrůstající aktivitu buňky. Každý z neuronů je aktivní v
jiné části místnosti. Aktivita buněk v daném prostředí se nazývá prostorová mapa. Rozložení
aktivity v jiném prostředí by bylo zcela odlišné – buňky by kódovaly jiná místa, nebo by nebyly
aktivní vůbec.
Obr. 2: Hipokampové prostorové mapy prostředí A a B. Vyobrazení znázorňuje
aktivitu 32 současně registrovaných neuronů místa v prostředích A a B.
Obr. 3: Změna paměťového stavu hipokampu z mapy A na B.
Aktivace prostorové mapy pro prostředí B po „teleportaci“ z místnosti A. Červené a modré
sloupce ukazují podobnost registrované neuronální aktivity s mapou pro A (červená) a B (modrá).
Změna prostředí iniciovala okamžitou aktivaci mapy B (vysoké hodnoty modrých sloupců), byla však
následována periodou nestability, při níž skupiny neuronů mapující prostředí A a B navzájem soupeří
o vybavení svého kódu v nervové síti (čas 0 až 6,5 sec). Poté se aktivní hipokampová mapa ustálí ve
stavu B. Nahoře je vyobrazen odpovídající záznam theta eeg rytmu, jenž dle nálezů řídí aktivaci map
v hipokampu.
Podrobnější informace: MUDr. Karel Ježek, PhD., Fyziologický ústav AV ČR
Připravily: Odbor mediální komunikace (Kancelář AV ČR) a Fyziologický ústav AV ČR
30.9.2011
