Учёные смогли разгадать загадку кодирования памяти

Учёные смогли разгадать загадку кодирования памяти

Несмотря на столетние исследования, память, кодированная в головном мозге остаётся загадкой. Сильные связи нейронных синапсов вовлечены в процесс, но синаптические компоненты недолговечны и сохраняют только последние моменты жизни. Это говорит о том, что синаптическая информация кодируется и проводится на более глубоком, более детальном молекулярном уровне, сообщает «WordScience.org».

В статье опубликованной 8-го марта 2012-го года в выпуске журнала «PLoS Computational Biology», физики Трэвис Крэддок и Джек Тусцунски из Альбертского университета и анестезиолог Стюарт Хэмерофф из Аризонского университета продемонстрировали вероятный механизм того, как кодируется синаптическая память в микротрубочках, основных компонентах структурного цитоскелета в нейронах.

Микротрубочки являются цилиндрическими шестиугольными полимерами белка тубулина, включающие 15 процентов от общего белка головного мозга. Они определяют архитектуру нейронов, регулируют синапсы и обрабатывают информацию с помощью интерактивного тубулина. Но, до недавнего времени, любое подобие общего кода подключения микротрубочек в синаптической активности не имело объяснений.

Стандартная экспериментальная модель нейронной памяти является долгосрочным потенцированием («LTP»), в котором краткое предсинаптическое возбуждение приводит к длительной постсинаптической чувствительности. Важным игроком в долгосрочном петенцировании является шестиугольный фермент кальция / альфа-кальмодулин-зависимая протеинкиназа II («CaMKII»). После пресинаптического возбуждения ионы кальция, входящие в постсинаптические нейроны, вызывают «CaMKII» имеющую форму снежинки, чтобы преобразовать расширение доменов киназы, расположенных выше и ниже центральной области активированного «CaMKII». Активированная «CaMKII» напоминает двусторонних насекомых. Каждый домен киназы может фосфорилировать субстрата и таким образом кодирует один бит синаптической информации. Упорядоченные массивы битов называются байтами и содержат 6 доменов киназы, расположенных на одной стороне каждого «CaMKII», в результате чего они могут фосфорилировать и кодировать установленные кальцием синаптические входы, в виде 6-битных байтов.

Используя молекулярное моделирование, Крэддок и др. показывают идеальную пару среди пространственных измерений, геометрии и электростатического связывания «CaMKII» с шестиугольными решетками белков тубулина в микротрубочках. Они показывают, как домены киназы и «CaMKII» могут коллективно связываться и фосфорилировать 6-битовые байты, приводящие к шестиугольным моделям на основе фосфорилированных образцов тубулина в микротрубочках. Крэддок и др. вычислили огромный потенциал информации при низких затратах энергии, демонстрируя связанные с микротрубочками белки и показывая, как модели фосфорилированного тубулина в микротрубочках могут управлять функциями нейронов, вызывая аксональные взрывы, регулируя синапсы и пересекая масштабы.

Микротрубочки и «CaMKII» встречающиеся в эукариотической биологии, чрезвычайно богаты нейронами головного мозга и способны к подключению мембраны и цитоскелета для обработки информации. Декодирующие и стимулирующие микротрубочки могут позволить терапевтическое вмешательство в целом ряде патологических процессов, например болезнь Альцгеймера. Данная болезнь сопровождается разрушением микротрубочек и травмы головного мозга, при которых деятельность микротрубочек может удалить нейроны и синапсы.

Хэмерофф, старший автор исследования, говорит: «Многие заключения неврологических документов утверждают, что их выводы могут помочь понять, как работает головной мозг и помогут вылечить болезнь Альцгеймера, травмы головного мозга и различные неврологические и психические расстройства. Данное же исследование действительно может помочь в этом направлении. Мы можем взглянуть на мозговой биомолекулярный код предназначенный для памяти».

Источник: wordscience.org

Похожие новости:
Ученые смогли определить состав ядра Земли
Ученые используя компьютерное моделирование, решили давнюю загадку: что входит в состав плотности ядра Земли?Моделирование показало, что ядро Земли содержит 0,1-0,8 процента углерода - это крупнейший резервуар углерода на планете.Таковыми были выводы исследователей из университета Калифорнии в Дэвисе, и Китайской ..
2012-11-21 2696 0 Научные открытия
-1
Американские ученые нашли белок бессмертия
Ученые медицинской школы университета Мичигана смогли раскрыть загадку стволовых клеток. Исследователи из Мичиганского университета (США) обнаружили белок, отвечающий за бессмертие и "вечную юность" стволовых клеток. Они, как известно, могут превращаться в другие типы клеток, а могут ..
2012-08-24 2916 0 Научные открытия
1
Названы самые выжные научные открытия года
В канун новогодних праздников авторитетный журнал Science вот уже почти 20 лет публикует десять самых заметных научных открытий года. В этом году главным научным прорывом стала посадка спускаемого модуля "Филы" на комету 67P/Чурюмова-Герасименко. Посадка модуля прошла неидеально ..
2014-12-26 3193 0 Научные открытия
0
Китайцы разгадали загадку шаровой молнии
Использование спектрографа для определения состава светящейся сферы позволило полностью объяснить это удивительное природное явление.Легенды о шаровых молниях уходят в глубь веков, но сам этот феномен до сих пор плохо изучен, − ведь светящиеся шары непредсказуемы; внезапно материализовавшись в воздухе они через ..
2014-06-04 3856 0 Научные открытия
0
Учёные открыли тайну магнетизма нашей Вселенной
Учёные использовали лазер для создания магнитного поля, аналогичного тем, которые по их мнению могли принять участие в формировании первых галактик, сообщает «WordScience.org». Полученные результаты могли бы помочь разрешить загадку того, как наша Вселенная получила свой магнетизм. Магнитные ..
2012-03-25 2103 0 Научные открытия
0
Ученые изготовили кости из стволовых клеток
Ученый биотехнолог из Фонда стволовых клеток в Нью-Йорке Джузеппе де Пеппо сообщил, что перепрограммирование стволовых клеток позволило создать искусственный аналог человеческой кости. Новая разработка создает универсальный способ излечения пациентов, не требующих пересадки живых тканей.Ученые уже смогли ..
2013-05-8 1752 0 Научные открытия
0
Ученые из России нашли причины появления молний
Известные Российские ученые Анатолий Карашин и Александр Гуревич нашли абсолютно новое экспериментальное подтверждение   причины появления молний в космических лучах. Дело в том, что само появления космических лучей вызывает появление молнии, ведь космические лучи – ..
2013-05-8 2457 0 Научные открытия
0
Ученые научились определять образы сновидения
По данным журнала Science Express, ученые из Японии смогли правильно определить зрительные образы с помощью томографии и компьютерного анализа, возникающие у человека в сновидениях.Опыты проводятся в лаборатории в Киото. Ученые сканируют активные участки мозга  в первые мгновения сна, при помощи ..
2013-04-10 1632 0 Научные открытия
-1
Команда физиков полностью изменила квантовое измерение
Команда физиков из Инсбрукского университета (англ. University of Innsbruck), Австрия, провели эксперимент, который на первый взгляд противоречит основам квантовой теории. Команда во главе с Рейнером Блатт полностью изменила квантовое измерение в прототипе квантового процессора, сообщает labscience.ru. ..
2013-02-25 2167 0 Научные открытия
0
Молекулы спирта показались ученым упорядоченными
Нидерландские ученые показали, что в жидком спирте расположение молекул локально упорядочено. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters. Компьютерное моделирование, проведенное учеными, показало, что в жидкостях, в которых молекулы сильно взаимодействуют между собой, например ..
2014-11-14 1904 0 Научные открытия
1
Математики помогут ускорить интернет
Сотрудники Массачусетского технологического института разработали теорию передачи информации в коммуникационных сетях, позволяющую оптимизировать емкость сетей и объем передаваемых данных. Работа разбита на две части, первая и которых опубликована в журнале IEEE Transactions on Information Theory. Препринты статей ..
2012-05-15 1335 0 Научные открытия
0
Т-лучи побили рекорд скорости передачи информации
Инженерам удалось создать устройства, которые побили рекорд скорости передачи информации с использованием радиоизлучения терагерцового диапазона. Достигнутая скорость составила 3 гигабита в секунду на частоте 542 гигагерца. Работа, описывающая эксперимент, опубликована в журнале Electronics Letters, в кратком виде он описан на ..
2012-05-16 1454 0 Научные открытия
0
Раскрыта тайна рождения полярных сияний
Что вызывает полярные сияния? Взаимодействие солнечного ветра с магнитосферой Земли! А как именно это взаимодействие их вызывает? До недавнего времени ученые не знали ответа на данный вопрос. Но недавно все стало ясно — эти прекрасные явления природы вызывает процесс пересоединения магнитных линий, ..
2013-10-6 1694 0 Научные открытия
-1
Нейтринные осцилляции удивили физиков
Международная группа физиков, в которую входят и российские исследователи, измерила важный параметр нейтринных осцилляций - так называемый тета 1-3, который оказался существенно выше, чем ожидалось. Препринт статьидоступен на сайте arXiv.org. Нейтрино и антинейтрино бывают трех сортов - электронные, мюонные и тау-нейтрино, ..
2012-03-12 2057 0 Научные открытия
0
Нобелевскую премию по физике дали за точные часы
Французский физик Серж Арош говорит - счастлив разделить нобелевскую премию по физике 2012 года со своим коллегой американцем Дэвидом Вайнлендом. Учёные удостоились награды за создание технологий манипулирования квантовыми частицами, не разрушая их. В будущем их исследования могут помочь ..
2012-10-10 1668 0 Научные открытия
0