Pembentukan Memori Dipicu oleh Perkembangan Sel Induk

AsiaNet 48431

TOKYO, 24 Februari /Kyodo JBN – AsiaNet/ —

Para peneliti di RIKEN-MIT Center untuk Genetika Jaringan Syaraf telah
menemukan jawaban atas misteri berkepanjangan tentang bagaimana sel otak dapat
mengingat memori-memori baru saat mengingat memori lama.

Mereka menemukan bahwa syaraf khusus di bagian otak yang disebut dengan
dentate gyrus memiliki peran yang berbeda pada pembentukan memori tergantung
pada apakah sel induk syaraf yang memproduksi mereka lama atau baru.

Studi ini akan diumumkan di majalah Cell edisi 30 Maret dan menghubungkan
dasar seluler pembentukan memori hingga tumbuhnya syaraf baru — penemuan yang
dapat menciptakan kelas baru pada target obat-obatan untuk mengobati gangguan
memori.

Temuan tersebut juga menunjukkan bahwa ketidakseimbangan antara syaraf
lama dan baru pada otak dapat mengganggu pembentukan memori yang normal selama
pasca gangguan stres karena trauma (PTSD) dan penuaan. “Pada hewan, pengalaman
traumatis dan penuaan sering mengurangi tumbuhnya syaraf baru pada dentate
gyrus. Pada manusia, studi baru-baru ini menemukan bahwa disfungsi dan gangguan
memori terkait terjadi pada usia normal,” ungkap penulis senior studi Susumu
Tonegawa, peraih Nobel tahun 1987 dan Direktur RIKEN-MIT Center.

Penulis lainnya antara lain Toshiaki Nakashiba dan para peneliti dari
Pusat RIKEN-MIT Center dan Picower Institute di MIT; laboratorium Michael S.
Fanselow di University of California di Los Angeles; dan laboratorium Chris J.
McBain di National Institute of Child Health and Human Development.

Dalam studi tersebut, penulis menguji tikus dalam dua jenis proses memori.
Pemisahan pola adalah proses di mana otak membedakan antara kejadian yang
serupa, seperti mengingat dua kue Madelaine dengan rasa yang berbeda.
Sebaliknya, penyelesaian pola digunakan untuk mengingat kembali rincian isi
memori berdasarkan pada petunjuk yang terbatas, seperti mengingat kembali siapa
yang tengah bersama Anda saat mengingat rasa kue Madeleine.

Pemisahan pola membentuk memori baru yang berbeda berdasarkan perbedaan
antara pengalaman; penyelesaian pola untuk memori dengan mendeteksi persamaan.
Individu dengan cidera otak atau trauma kemungkinan tidak mampu mengingat
kembali orang yang mereka lihat setiap hari. Penderita PTSD lainnya tidak dapat
melupakan beberapa kejadian buruk. “Pemisahan pada pola yang rusak terkait
dengan hilangnya syaraf baru mungkin mengubah keseimbangan pada penyelesaian
pola, yang mendasari pada mengingat memori traumatis berulang kali yang diamati
pada pasien PTSD,” ujar Tonegawa.

Para ahli syaraf telah lama memikirkan kedua proses yang berlawanan dan
berpotensi untuk bersaing yang terjadi pada jaringan syaraf yang berbeda.
Dentate gyrus, struktur dengan plastisitas yang luar biasa dalam sistem syaraf
dan perannya dalam kondisi dari depresi hingga epilepsi terhadap cidera otak
traumatis – dianggap terlibat dalam pemisahan pola dan bagian CA3 dalam
penyelesaian pola. Sebaliknya, para peneliti MIT menemukan bahwa syaraf dentate
gyrus dapat melakukan pemisahan atau penyelesaian pola tergantung pada usia sel
mereka.

Para peneliti MIT menilai pemisahan pola pada tikus yang mempelajari
pembedaan antara dua bagian yang sama tetapi berbeda: yang satu aman dan yang
lainnya terkait dengan sengatan kaki yang tidak menyenangkan. Untuk menguji
kemampuan menyelesaikan pola, tikus tersebut diberikan petunjuk terbatas untuk
melarikan diri dari labirin yang sebelumnya telah mereka pelajari untuk
bernegosiasi. Tikus normal dibandingkan dengan tikus yang kurang memiliki baik
syaraf lama maupun baru. Tikus ini memiliki kekurangan pada penyelesaian maupun
pemisahan pola tergantung pada jaringan syaraf yang telah hilang.

“Dengan mempelajari tikus secara genetik yang dimodifikasi untuk
menghalangi komunikasi syaraf dari syaraf lama — atau dengan menghapus syaraf
baru pada orang dewasa — kami menemukan bahwa syaraf lama dibutuhkan untuk
pemisahan pola, di mana syaraf baru masih membutuhkannya,” ungkap rekan penulis
Toshiaki Nakashiba. “Data kami juga menunjukkan bahwa tikus tidak memiliki
syaraf lama yang rusak pada penyelesaian pola, menunjukkan keseimbangan antara
pemisahan dan penyelesaian pola dapat berubah karena kehilangan syaraf lama.”

Penelitian ini didukung oleh RIKEN-MIT Center untuk Genetika Jaringan
Syaraf, Howard Hughes Medical Institute, Otsuka Maryland Research Institute,
Picower Foundation dan National Institutes of Health.

Sumber: RIKEN Brain Science Institute

Kontak:
Susumu Tonegawa
RIKEN-MIT Center for Neural Circuit Genetics (CNCG) di The Picower
Institute for Learning and Memory, Department of Biology and Department of
Brain and Cognitive Sciences, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge,
MA 02139, USA
Tel: +1-617-253-6459

Divisi Promosi Ilmu Pengetahuan Otak
RIKEN
Mariko Irie
Tel: +81-48-467-9757
Fax: +81-48-462-4914
Email:pr@brain.riken.jp

Kantor Hubungan Global
RIKEN
Tel: +81-48-462-1225
Fax: +81-48-463-3687
Email: koho@riken.jp


Memory Formation Triggered by Stem Cell Development

TOKYO, Feb. 24 /Kyodo JBN – AsiaNet/ —

Researchers at the RIKEN-MIT Center for Neural Circuit Genetics have discovered an answer to the long-standing mystery of how brain cells can both remember new memories while also maintaining older ones.

They found that specific neurons in a brain region called the dentate gyrus serve distinct roles in memory formation depending on whether the neural stem cells that produced them were of old versus young age.

The study will appear in the March 30 issue of Cell and links the cellular basis of memory formation to the birth of new neurons — a finding that could unlock a new class of drug targets to treat memory disorders.

The findings also suggest that an imbalance between young and old neurons in the brain could disrupt normal memory formation during post-traumatic stress disorder (PTSD) and aging. “In animals, traumatic experiences and aging often lead to decline of the birth of new neurons in the dentate gyrus. In humans, recent studies found dentate gyrus dysfunction and related memory impairments during normal aging,” said the study’s senior author Susumu Tonegawa, 1987 Nobel Laureate and Director of the RIKEN-MIT Center.

Other authors include Toshiaki Nakashiba and researchers from the RIKEN-MIT Center and Picower Institute at MIT; the laboratory of Michael S. Fanselow at the University of California at Los Angeles; and the laboratory of Chris J. McBain at the National Institute of Child Health and Human Development.

In the study, the authors tested mice in two types of memory processes. Pattern separation is the process by which the brain distinguishes differences between similar events, like remembering two Madeleine cookies with different tastes. In contrast, pattern completion is used to recall detailed content of memories based on limited clues, like recalling who one was with when remembering the taste of the Madeleine cookies.

Pattern separation forms distinct new memories based on differences between experiences; pattern completion retrieves memories by detecting similarities. Individuals with brain injury or trauma may be unable to recall people they see every day. Others with PTSD are unable to forget terrible events. “Impaired pattern separation due to the loss of young neurons may shift the balance in favor of pattern completion, which may underlie recurrent traumatic memory recall observed in PTSD patients,” Tonegawa said.

Neuroscientists have long thought these two opposing and potentially competing processes occur in different neural circuits. The dentate gyrus, a structure with remarkable plasticity within the nervous system and its role in conditions from depression to epilepsy to traumatic brain injury — was thought to be engaged in pattern separation and the CA3 region in pattern completion. Instead, the MIT researchers found that dentate gyrus neurons may perform pattern separation or completion depending on the age of their cells.

The MIT researchers assessed pattern separation in mice who learned to distinguish between two similar but distinct chambers: one safe and the other associated with an unpleasant foot shock. To test their pattern completion abilities, the mice were given limited cues to escape a maze they had previously learned to negotiate. Normal mice were compared with mice lacking either young neurons or old neurons. The mice exhibited defects in pattern completion or separation depending on which set of neurons was removed.

“By studying mice genetically modified to block neuronal communication from old neurons — or by wiping out their adult-born young neurons — we found that old neurons were dispensable for pattern separation, whereas young neurons were required for it,” co-author Toshiaki Nakashiba said. “Our data also demonstrated that mice devoid of old neurons were defective in pattern completion, suggesting that the balance between pattern separation and completion may be altered as a result of loss of old neurons.”

The work was supported by the RIKEN-MIT Center for Neural Circuit Genetics, Howard Hughes Medical Institute, Otsuka Maryland Research Institute, Picower Foundation and the National Institutes of Health.

Source: RIKEN Brain Science Institute

Contact:
Susumu Tonegawa
RIKEN-MIT Center for Neural Circuit Genetics (CNCG) at The Picower Institute for Learning and Memory, Department of Biology and Department of Brain and Cognitive Sciences, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, USA
Tel: +1-617-253-6459

Brain Science Promotion Division
RIKEN
Mariko Irie
Tel: +81-48-467-9757
Fax: +81-48-462-4914
Email:pr@brain.riken.jp

Global Relations Office
RIKEN
Tel: +81-48-462-1225
Fax: +81-48-463-3687
Email: koho@riken.jp