Minne och inlärning Apotekarprogrammet HT2016 Henrik Seth, Ass Professor Neurovetenskap och fysiologi henrik.seth@gu.se

Varför minns vi?

Olika typer av minnen

Korttids och långtidsminne Korttidsminnen – Sekunder upp till minuter (Prefrontal Cortex) Långtidsminne – Dagar till flera år (Hippocampus-Cortex-Basala ganglier-Cerebellum etc)

Snigelminne Habituation Sensitivisering

Konditionerad inlärning

Priming Icke medveten form av minne (implicit/icke deklarativt) som påverkar hur vi uppfattar ord eller objekt. En tidigare erfarenhet/stimuli har omedveten konsekvens för senare erfarenhet/stimuli. Candy Honey Sour Soda Sugar Chocolate Bitter Heart Cake Good Taste Eat Tooth Pie Nice Taste Point Sweet Chocolate Sugar Nice Basal mekanism som är opåverkad av patologier, hjärnskador eller åldrande

Falska minnen Skapas genom en felaktig koppling mellan intern och extern stimuli. Engram aktivering i hippocampus genom optogenetik kan skapa falska minnen (Tonegawa, Science 2013).

Var sitter minnet? Minnet sitter i samma nätverk av nervceller som använder sig av minnet. Lokala nervcellskretsar + samtida aktivering av olika områden i centrala nervsystemet Bild: Wutte et al. (2012)

Kända fall HMs hjärna – ingen hippocampus Hjärna med intakt hippocampus Fick hippocampus m.m. bortopererad i båda hjärnhalvor Minns det mesta som hänt före operationen Oförmögen att bilda nya deklarativa minnen (~Intakt) förmåga för nya icke-deklarativa minnen

Hippocampus Henke (2010) Rikligt med kopplingar till hjärnbarken. En sorts superassociationsarea som samordnar olika modaliteter och områden.

Synaptisk plasticitet När det talas om plasticitet i centrala nervcystemet menas oftast synaptisk plasticitet, d.v.s. förändringar i kopplingarna mellan nervceller. Ytterst är minnen och inlärning just detta: förändringar i synaptisk styrka eller funktion.

Hebb’s postulat ”Cells that fire together wire together” Om cell A och cell B aktiveras samtidigt förstärks kopplingen dem emellan. Sannolikheten för att aktivering av A leder till aktivering av B blir då ökad.

Långtidsplasticitet

Minne och associationsförmåga Den heldragna ringen representerar ett komplext stimuli. De nervceller som aktiveras stärker synapserna sinsemellan. När vi utsätts för delar av det komplexa stimulit kan de celler som aktiveras aktivera även de som tidigare stärkts, och vi minns hela sammanhanget.

”Engram I” To demonstrate whether an ensemble of neurons are memory engram, they must satisfy the following four criteria: (i) their activities were increased during learning and underwent a serial molecular and functional cellular changes; (ii) artificially activating these neurons could lead to recall of originally formed memory, even without external stimuli; (iii) blocking their activity would prevent the recall of the established memory in spite of the stimulation of physiological relevant signals (iv) these neurons are a small subset of the total population and are selectively activated by a distinct memory.

”Engram II” Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall Xu Liu, Steve Ramirez, Petti T. Pang, Corey B. Puryear, Arvind Govindarajan, Karl Deisseroth & Susumu Tonegawa – Nature 2012

”Engram III” Labelling and optical erasure of synaptic memory traces in the motor cortex Akiko Hayashi-Takagi, Sho Yagishita, Mayumi Nakamura, Fukutoshi Shirai, Yi I. Wu, Amanda L. Loshbaugh, Brian Kuhlman, Klaus M. Hahn & Haruo Kasai – Nature 2015

Konsolidering ”Stabilisering av minnen/händelser efter den initiala registreringen” Stickgold and Walker, 2005 HC = Hippocampus konsolidering rekonsolidering

Repetition Holtz et al. 2012

Spatiell navigation

Minnestest Hur testar man långtidsminnet?

Djurmodeller Novel object recognition Identity (genrellt) Location (Specifitk hippocampus) Morris water maze

Taxiförare i London

Amnesi Amnesi = patologisk glömska anterograd amnesi = framåtriktad glömska (oförmåga att bilda nya minnen) retrograd amnesi = bakåtriktad glömska (förlust av existerande minnen) Ofta uppstår en blandform efter hjärnskada. Procent av normal minnesfunktion Skada tid Födsel Nutid Procent av normal minnesfunktion Skada tid Födsel Nutid Anterograd amnesi Retrograd amnesi

Kan man förbättra minnet? Motion Fler synapser Droger?  Modafinil Mnemonists Övning ger färdighet

Stress NA=noradrenalin CRH=corticotropin releasing hormone ”Timing” är av avgörande betydelse – Ökad fokus samt synaptisk plasticitet Kontext avgörande! Inlärning ”Stressnivå” NA=noradrenalin CRH=corticotropin releasing hormone CORT=corticosterone (cortisol hos människa!) Joëls et al. 2006

Patologier och minnesrubbningar 1, Åldrande 2, Alzheimer´s sjukdom