Sommige herinneringen gaan een leven lang mee. De ontzag voor het zien van een volledige zonsverduistering. De eerste glimlach die je met je partner deelde. De glimp van een geliefd huisdier dat net in hun slaap is overleden.

Andere herinneringen, niet zo veel. Weinigen van ons herinneren zich wat we een week geleden als lunch aten. Waarom blijven sommige herinneringen bestaan, terwijl andere vervagen?

Verrassend genoeg kan het antwoord een gebroken DNA en een ontsteking in de hersenen zijn. Op het eerste gezicht lijken deze processen volkomen schadelijk voor de hersenfunctie. Gebroken DNA-strengen worden meestal geassocieerd met kanker, en ontstekingen houden verband met veroudering.

Maar een nieuwe studie bij muizen suggereert dat het breken en repareren van DNA in neuronen de weg vrijmaakt voor langdurige herinneringen.

We vormen herinneringen wanneer elektrische signalen door neuronen in de hippocampus zwerven, een zeepaardvormig gebied diep in de hersenen. De elektrische pulsen verbinden groepen neuronen met elkaar tot netwerken die herinneringen coderen. De signalen vangen slechts korte fragmenten op van een dierbare ervaring, maar sommige kunnen tientallen jaren lang steeds opnieuw worden afgespeeld (hoewel ze geleidelijk aan vergaan als een kapotte plaat).

Net als kunstmatige neurale netwerken, die het grootste deel van de huidige AI aandrijven, hebben wetenschappers lang gedacht dat het opnieuw bedraden van de verbindingen in de hersenen snel gebeurt en gevoelig is voor veranderingen. Maar de nieuwe studie vond een subset van neuronen die hun verbindingen veranderen om langdurige herinneringen te coderen.

Om dit te doen, recruteren de neuronen vreemd genoeg eiwitten die normaal gesproken bacteriën afweren en ontstekingen veroorzaken.

“Ontsteking van hersenneuronen wordt meestal als een slechte zaak beschouwd, omdat het kan leiden tot neurologische problemen zoals de ziekte van Alzheimer en Parkinson,” zei studieauteur Dr. Jelena Radulovic van het Albert Einstein College of Medicine in een persbericht. "Maar onze bevindingen suggereren dat ontstekingen in bepaalde neuronen in de hippocampusregio van de hersenen essentieel zijn voor het maken van langdurige herinneringen."

Moet ik blijven of moet ik gaan?

We hebben allemaal een mentaal plakboek voor ons leven. Bij het afspelen van een herinnering (het wanneer, waar, wie en wat) transporteren onze gedachten ons door de tijd om de ervaring opnieuw te beleven.

De hippocampus vormt de kern van dit vermogen. In de jaren vijftig liet een man, bekend als HM, zijn hippocampus verwijderen om epilepsie te behandelen. Na de operatie behield hij oude herinneringen, maar kon hij geen nieuwe herinneringen meer vormen, wat erop wijst dat het hersengebied een hotspot is voor het coderen van herinneringen.

Maar wat heeft DNA te maken met de hippocampus of het geheugen?

Het komt neer op hoe hersencellen zijn bedraad. Neuronen verbinden zich met elkaar via kleine hobbels die synapsen worden genoemd. Net als dokken tussen twee tegenover elkaar liggende oevers pompen synapsen chemicaliën uit om berichten van het ene neuron naar het andere over te brengen. Afhankelijk van de signalen kunnen synapsen een sterke verbinding vormen met hun naburige neuronen, of kunnen ze de communicatie vertragen.

Dit vermogen om de hersenen opnieuw te bedraden wordt synaptische plasticiteit genoemd. Wetenschappers hebben lang gedacht dat dit de basis van het geheugen is. Wanneer je iets nieuws leert, stromen er elektrische signalen door de neuronen, waardoor een cascade van moleculen ontstaat. Deze stimuleren genen die de synaps herstructureren om hun verbinding met buren te versterken of te verminderen. In de hippocampus kan deze ‘draaiknop’ snel de algehele neurale netwerkbedrading veranderen om nieuwe herinneringen vast te leggen.

Synaptische plasticiteit brengt kosten met zich mee. Synapsen bestaan ​​uit een verzameling eiwitten die uit DNA in cellen worden geproduceerd. Dankzij nieuwe kennis veroorzaken elektrische signalen van neuronen tijdelijke knipsels in het DNA in neuronen.

DNA-schade is niet altijd schadelijk. Het wordt sinds 2021 in verband gebracht met geheugenvorming. Eén studie De gevonden breuk van ons genetisch materiaal is wijdverspreid in de hersenen en was verrassend gekoppeld aan een beter geheugen bij muizen. Na het leren van een taak hadden muizen meer DNA-breuken in meerdere soorten hersencellen, wat erop duidt dat de tijdelijke schade mogelijk deel uitmaakt van het leer- en geheugenproces van de hersenen.

Maar de resultaten waren slechts voor korte herinneringen. Zijn soortgelijke mechanismen ook de drijvende kracht achter langetermijnmechanismen?

“Wat het mogelijk maakt dat korte ervaringen, gecodeerd in slechts enkele seconden, gedurende een heel leven steeds opnieuw kunnen worden afgespeeld, blijft een mysterie”, zegt Drs. Benjamin Kelvington en Ted Abel van het Iowa Neuroscience Institute, die niet bij het werk betrokken waren, schreef in NATUUR.

De herinneringsmelet

Om een ​​antwoord te vinden, gebruikte het team een ​​standaardmethode voor het beoordelen van het geheugen. Ze huisvestten muizen in verschillende kamers: sommige waren op hun gemak; Anderen gaven de beestjes een kleine elektrische zap op de poten, net genoeg dat ze een hekel hadden aan het leefgebied. De muizen leerden snel de voorkeur te geven aan een comfortabele kamer.

Het team vergeleek vervolgens de genexpressie van muizen met een recent geheugen – ongeveer vier dagen na de test – met die bijna een maand na het verblijf.

Verrassend genoeg laaiden de genen die betrokken zijn bij ontstekingen op, naast de genen die normaal geassocieerd worden met synaptische plasticiteit. Bij dieper graven vond het team een ​​eiwit genaamd TLR9. TLR9 staat meestal bekend als onderdeel van de eerste verdedigingslinie van het lichaam tegen gevaarlijke bacteriën en versterkt de immuunrespons van het lichaam tegen DNA-fragmenten van binnendringende bacteriën. Hier werd het gen echter zeer actief in neuronen in de hippocampus, vooral die met aanhoudende DNA-breuken die dagen aanhouden.

Wat doet het? In één test verwijderde het team het gen dat codeert voor TLR9 in de hippocampus. Toen ze werden uitgedaagd met de kamertest, hadden deze muizen moeite om de ‘gevaarlijke’ kamer te onthouden in een langetermijngeheugentest, vergeleken met leeftijdsgenoten waarbij het gen intact was.

Interessant genoeg ontdekte het team dat TLR9 DNA-breuk kon waarnemen. Door het gen te verwijderen, konden muizencellen geen DNA-breuken herkennen, wat niet alleen verlies van langetermijngeheugen veroorzaakte, maar ook algemene genomische instabiliteit in hun neuronen.

“Een van de belangrijkste bijdragen van deze studie is het inzicht in het verband tussen DNA-schade… en de aanhoudende cellulaire veranderingen die verband houden met het langetermijngeheugen”, schreven Kelvington en Abel.

Geheugenmysterie

Hoe langetermijnherinneringen blijven bestaan blijft een mysterie. Immuunreacties zijn waarschijnlijk slechts één aspect.

In 2021 de hetzelfde team ontdekte dat netachtige structuren rond neuronen cruciaal zijn voor het langetermijngeheugen. De nieuwe studie heeft TLR9 aangewezen als een eiwit dat helpt bij het vormen van deze structuren, waardoor een moleculair mechanisme ontstaat tussen verschillende hersencomponenten die blijvende herinneringen ondersteunen.

De resultaten suggereren dat “we ons eigen DNA als signaalsysteem gebruiken”, Radulovic vertelde NATUUR, zodat we ‘informatie gedurende een lange tijd kunnen bewaren’.

Er blijven veel vragen over. Maakt DNA-schade bepaalde neuronen vatbaarder voor de vorming van geheugencoderende netwerken? En misschien nog wel urgenter: ontstekingen worden vaak geassocieerd met neurodegeneratieve aandoeningen, zoals de ziekte van Alzheimer. TLR9, dat de muizen in dit onderzoek hielp gevaarlijke kamers te herinneren, was eerder betrokken bij het veroorzaken van dementie wanneer het tot expressie kwam in microglia. de immuuncellen van de hersenen.

“Hoe komt het dat in neuronen de activering van TLR9 cruciaal is voor geheugenvorming, terwijl het in microglia neurodegeneratie veroorzaakt – de antithese van geheugen?” vroegen Kelvington en Abel. “Wat onderscheidt schadelijke DNA-schade en ontstekingen van wat essentieel is voor het geheugen?”

Krediet van het beeld: geralt/Pixabay

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://singularityhub.com/2024/04/08/your-brain-breaks-its-own-dna-to-form-memories-that-can-last-a-lifetime/