A DG szerepe a hippocampalis információfeldolgozásban

A DG-t a kiterjedt kapcsolatrendszere és belső anatómiai elrendezése többféle feladat ellátására is alkalmassá teszi. Vegyük sorra, hogy mik is lehetnek ezek a feladatok. A ’70-es évek elején David Marr egy roppant előremutató hálózati modell segítségével rávilágított arra, hogy a hippocampus felépítése és kapcsolatrendszere révén potenciálisan alkalmas információk tárolására és előhívására^[28]. Bár Marr modellje nem tulajdonított különösebb szerepet a DG-nek, mégis ez a modell egyfajta kiindulási pontnak tekinthető, ami alapján hálózat-elméleti kutatások sora vizsgálta az egyes hippocampalis részterületek szerepét a memória folyamatokban. Marr elmélete alapján a CA3 piramissejtek hálózata képes arra, hogy az egymás között fennálló kapcsolataik súlyán keresztül megőrizzék azokat a populációs szintű aktivitásmintázatokat, melyek a beérkező információ hatására kialakulnak. Ebben a kontextusban a beérkező információ az afferens rostok aktivitásmintázataként értelmezhető. Később aztán a piramissejtek képesek lesznek az eredeti információ hatására mutatott aktivitásmintázat előállítására, egy részleteiben hasonló információ érkezése esetén. Ezek a hálózatok azonban bizonyos szempontból nagyon törékenyek, ugyanis könnyen előfordulhat bennük, hogy többféle beérkező mintázat is ugyanannak a memóriajelnek az előhívásához vezet. Az ilyen jellegű interferencia kiküszöbölésének egyik hatékony módja, ha a CA3 régió már előzetesen feldolgozva kapja meg az információt egy olyan rendszer közvetítésével, ami a külvilág egymáshoz nagyon hasonló reprezentációit is képes egymással nem átfedő aktivitás mintázatokká alakítani (idegen kifejezéssel élve ez a „pattern separation” folyamata^[29-31]). A szemcsesejtek működése és a kapcsolati viszonyuk alapján a DG kiválóan alkalmas egy ilyen előzetes mintázat-elkülönítési feladat ellátására. Mindemellett a rekurrens kapcsolatokon alapuló hálózatok esetén a memória kódolásában elengedhetetlen egy „tanító” jellegű szinaptikus bemenet jelenléte is, ami kiváltja a kapcsolatok erősségének megváltozásához szükséges aktivitást a hálózatban. A szemcsesejtek és a CA3 piramissejtek közötti kapcsolat eléggé erős ahhoz, hogy a szemcsesejtek aktivitása mintegy kijelölje a memórianyom kódolásában részt vevő piramissejt csoportot. Az elméleti megfontolások mellett mára kísérletek sora bizonyítja a DG szerepét a memóriajelek kialakításában. Korszerű szóhasználattal élve engram sejteknek hívjuk azokat a sejteket, melyek aktívak egy adott tanulási folyamat során, és amelyek ismételt

12

aktivitása elégséges a tanult emléknyom előhívásához^[32]. Az optogenetika eszköztára ma már lehetővé teszi az engram sejtek megjelölését, így célzottan befolyásolhatóak azok a sejtek, melyek egy adott emléknyomot kódolnak. Ezt a technikai megközelítést hívjuk engram technikának. A DG azon tulajdonsága, hogy a sejtek kis hányadának aktivitása reprezentál egy adott emléknyomot, méghozzá úgy, hogy minden emléknyomot más és más sejtcsoport kódol, különösen alkalmassá teszi a szemcsesejteket az engram technikán alapuló vizsgálatokhoz. Denny és munkatársai bizonyították, hogy a DG nemcsak a memóriajel kialakításában, de a későbbi előhívásában is szerepet játszik^[33]. Az emléknyomok kialakítása és tárolása mellett még egy olyan folyamat van, ami tipikusan a hippocampus-hoz köthető, ez pedig a térbeli tájékozódás. O’Keefe és Dostrovsky felismerte, hogy vannak olyan idegsejtek, melyek aktivitását elsősorban az élőlény térben elfoglalt helyzete határozza meg^[34]. Ezek az úgynevezett helysejtek az élőlény által bejárható tér egy bizonyos részén fokozott aktivitást mutatnak (2. Ábra). A térnek azt a részét, ahol ez a fokozott aktivitás megfigyelhető, az adott sejt helymezejének nevezzük. A helysejtek funkcionális jelentőségét populációs szinten lehet igazán értelmezni.

2.Ábra. Egy anatómiailag azonosított szemcsesejt helysejt-működése

Bal oldalon a szürke vonalhálózat az állat által a mérés során bejárt útvonalat ábrázolja, míg a vörös pontok jelzik, hogy hol volt aktív az elvezetett sejt a kísérlet alatt. Jobbra láthatjuk az elvezetett sejt rekonstruált alakját, és az elhelyezkedését a szemcsesejtrétegen belül. Az alaktani sajátosságok alapján a sejt egyértelműen egy szemcsesejt volt (Forrás:^[35], módosítva).

13

Mind a CA régiók piramissejtjei, mind a szemcsesejtek között egyaránt találhatunk helysejteket, bár a helymezők tulajdonságaiban és a térinformáció kódolásában résztvevő sejtpopuláció nagyságában jelentős eltérések vannak az egyes régiók között.

Az élőlény térbeli navigációja során az entorhinális kéregből beérkező információ alakul át a helysejtek által kialakított populációs kóddá, ezért a térinformáció helysejt aktivitáson alapuló feldolgozása lényegében megegyezik a külvilág felől érkező bármilyen más multimodális információ feldolgozásával. A térbeli tájékozódás során a szemcsesejtek valójában mintázat elkülönítést végeznek, mert a teret kódoló egyes mintázatok a szemcsesejtek egymással nem átfedő kis csoportjait fogják aktiválni.

Lényegében a térbeli információfeldolgozás vizsgálata lett az ideális kísérleti modell a szemcsesejtekben zajló pattern separation tanulmányozásához, hiszen nagyon jól vizsgálható, hogy hogyan változik meg a sejtek aktivitása, ha elkezdjük megváltoztatni az állatot körülvevő tér tulajdonságait. Ennek megfelelően Leutgeb és munkatársai kísérletes úton is igazolták, hogy a szemcsesejtek valóban erőteljes mintázatelválasztó működést végeznek, mivel a tér kismértékű változása is lényegi eltéréseket okozott az elvezetett sejtek helymező mintázatában^[30]. Általánosan elfogadott nézetté vált, hogy a szemcsesejtek helymező mintázata alapvetően eltér a piramissejtekétől, mert míg a CA régió piramissejtjeinek tipikusan egyetlen helymezeje van, addig a mérések szerint az aktív szemcsesejtek általában több helymezővel is rendelkeznek^[30,36]. Ennek a megállapításnak némileg ellentmondanak az újabb kutatási eredmények. Neunuebel és Knierim 2012-ben rámutatott arra, hogy az egyes sejtek helysejt tulajdonságai attól függenek, hogy a sejt hol helyezkedik el a DG területén belül, ugyanis a több helymezővel rendelkező, magasabb általános aktivitású sejtek zömében a szemcsesejtek rétege alatt, a hilus területén vannak. Tőlük jól elkülöníthetően egy olyan sejtpopuláció is jelen van a DG területén, melynek alacsony általános aktivitás és egyetlen helymező jellemzi a viselkedését. A szerzők felvetése szerint az érett szemcsesejtek valójában ez utóbbi populációhoz tartoznak, míg a több helymezővel rendelkező aktivitás vagy az éretlen szemcsesejteket vagy a hiláris mohasejteket jellemzi^[37] (később részletesen kifejtésre kerül majd, hogy mit értek az érett és éretlen szemcsesejt alatt). A legfrissebb eredmények szerint a legtöbb szemcsesejtnek valóban egyetlen helymezeje van (2.

Ábra), és a korábban megfigyelt nagy alapaktivitású, több helymezővel rendelkező sejtek valójában mohasejtek^[35,38,39]. Érdekes kérdés, hogy milyen sejtszintű vagy

14

hálózati mechanizmus állhat egy adott sejt helysejt viselkedésének a hátterében. Katie Bittner és munkatársai^[40] CA1 piramissejtek viselkedését tanulmányozva eredtek a kérdés nyomába és azt tapasztalták, hogy ebben az esetben a két fő serkentő idegpálya, vagyis a CA3 irányából érkező Schaffer kollaterálisok és az entorhinális kéregből érkező perforáns pálya egyidejű aktivitása által kiváltott dendritikus plató potenciál kulcsszerepet játszik egy adott sejt helymezejének létrehozásában.