¿Cuántas neuronas son estimuladas por electrodos en experimentos de engramas de memoria?

Los investigadores han identificado recientemente "engramas" en el hipocampo de ratón, "poblaciones dispersas de neuronas" o "pequeños grupos de células", cuya estimulación provoca una asociación de memoria de miedo entrenada específicamente. Por ejemplo...

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4874022/

http://www.nature.com/nature/journal/v484/n7394/full/nature11028.html

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3331914/

http://www.smithsonianmag.com/innovation/meet-two-scientists-who-implanted-false-memory-mouse-180953045/

Mi pregunta: Aproximadamente, ¿cuán grandes, cuántas neuronas, son las regiones estimuladas en estos experimentos? Revisé varios documentos y no pude encontrar esta información.

18/10 -- Cambiando el título y la redacción para aclarar que solo estoy preguntando sobre procedimientos experimentales con implantes de electrodos, no estudios de fMRI, y no sobre cómo podrían funcionar realmente los engramas.

Es posible que nadie haya medido con precisión todavía, pero una explicación más probable es que varía. Asumiría que diferentes recuerdos ocupan una cantidad diferente de espacio. Tengo muchos recuerdos detallados del día de mi boda, por ejemplo, pero no tantos del partido de fútbol en el que jugó mi hijo hace un mes. Estaba muy húmedo, eso es todo. Recuerdo :). Entonces, tendría sentido que, dado que los recuerdos de la boda son mucho más detallados y hay muchos más, se asignarían más neuronas para almacenarlos.
Entiendo que probablemente no haya un tamaño fijo estándar, aunque probablemente haya cifras específicas para los estudios en cuestión, pero por alguna razón eso no se publica. Solo estoy buscando un orden de magnitud para ir con "poblaciones dispersas" y "pequeños grupos". ¿Son 10, 100, 1000, vóxeles completos de fMRI (100K-1M, lo cual dudo), etc.? IOW, ¿con qué precisión pueden los electrodos implantados leer y estimular las neuronas?

Respuestas (1)

editar: respondiendo más directamente a la pregunta inicial, gracias, leí mal lo que se preguntaba y me engañó un poco un comentario anterior y su respuesta a ese comentario.

En estos experimentos, están utilizando técnicas ópticas, no eléctricas. Por lo tanto, es un poco difícil estimar exactamente el número de células activadas directamente, porque la luz se dispersará en el tejido pero también disminuirá con la distancia. Según la densidad de células etiquetadas y afectadas (para ser estimulada, la célula debe estar a) etiquetada por una inyección de virus yb) activa en el engrama) que se muestra en el segundo enlace que incluiste, parece que no más que de unas pocas a un par de docenas de células se habrían activado directamente.

En tu comentario, dijiste "Iow, ¿qué tan finamente pueden los electrodos implantados leer y estimular las neuronas?" - Esta es una pregunta diferente. Los electrodos implantados pueden leer y estimular neuronas individuales o poblaciones, según el electrodo y el experimento. Es difícil apuntar a neuronas particulares con electrodos sin una técnica óptica adicional.

En los experimentos a los que hace referencia, las herramientas optogenéticas se utilizan para etiquetar selectivamente las células que estaban activas anteriormente en un experimento y luego reactivar esas mismas células con luz. Este tipo de experimentos solo se han vuelto posibles recientemente con el desarrollo de esas herramientas.

(respuesta original abajo)

La respuesta estándar de la biología se aplica aquí: "varía", probablemente por especie, tipo de memoria, estructura cerebral, etc.

Pero, para darte algunas ideas, un área que se ha estudiado mucho en este campo es el giro dentado del hipocampo (el segundo y tercer enlace que enviaste, por ejemplo). Un artículo mostró que una memoria dada activaba algo así como el 2-4% de las células en esa estructura en un ratón http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166432811006462con algo así como 1,000,000 de células de la circunvolución dentada en total en un ratón. Entonces, son muchas celdas, pero esas celdas podrían estar haciendo algo especial (separación de patrones), por lo que tal vez no sea correcto pensar en ellas como el "engrama" en sí mismo, o tal vez deberíamos contarlas MÁS todas las celdas activado en CA1, ADEMÁS de todas las células activadas en la corteza, etc. Cualquiera que sea el caso, una cosa que está clara es que las células están involucradas en muchos engramas diferentes. " y las células de "Jennifer Aniston" de hace unos años. Es casi seguro que no es así como funcionan los engramas, pero del subconjunto de neuronas y estímulos que examinaron, solo hubo una superposición limitada en esos casos.

Para los estudios de fMRI, es bastante difícil controlar la cantidad de células involucradas, pero en realidad no es posible medir a partir de "pequeños grupos de células" en fMRI en la misma escala que en otras técnicas de medición. Lo que va a ser más importante para los estudios de decodificación de fMRI es la "variación dentro de una región del cerebro", donde el número total de neuronas es de muchos millones, pero el número exacto involucrado en cualquier engrama no se puede medir con la tecnología actual.

Gracias @Bryan, pero esto no responde a mi pregunta. No estoy preguntando acerca de las imágenes de fMRI : los recuentos de células de vóxel varían pero son bien conocidos (por ejemplo, enlace ). Estoy preguntando sobre el problema inverso , estimulando las células directamente y observando los resultados del comportamiento. ¿Cuántas células se estimulan en tales experimentos, aproximadamente? Entonces, se trata solo de los procedimientos experimentales, no de cuán grandes son los engramas o cómo están estructurados (lo cual, estoy de acuerdo, es una pregunta difícil).
Por cierto, también estoy interesado en cuántas neuronas se observan típicamente en experimentos con receptores implantados. Nuevamente, esta es solo una pregunta sobre procedimientos experimentales, y no sobre resonancia magnética funcional, sino sobre implantes de electrodos en animales (y ocasionalmente en humanos como complemento de procedimientos médicos).
Hola David, espero que las ediciones ayuden un poco. Para agregar más a su comentario aquí, con un solo electrodo, uno puede registrar potenciales de acción/picos de una sola neurona, o una población de docenas (pero no discriminarlos fácilmente entre sí), o registrar "potenciales de campo" que corresponden a las corrientes de membrana en cientos o miles de células (esto sería como un "EEG muy local"). Los electrodos con múltiples sitios de registro (a menudo "tetrodos") pueden registrar desde unas pocas células a la vez. Muchos implantes, especialmente en animales más grandes, pueden tener docenas de electrodos.
sí, eso ayuda mucho, gracias y perdón por mi redacción descuidada y mi negligencia/ignorancia del papel de la optogenética. Y esa es mi pista: al buscarlo aparece este artículo de SciAm de Diessseroth, enlace que me da la impresión de que puede estimular una sola neurona en algunas circunstancias. Pero la cifra que das, hasta un par de docenas, es lo que necesito. Entonces obtienes el bono.
Sí; si a) Ilumina solo una sola célula (muy probablemente usando técnicas de 2 fotones o algunos otros trucos nuevos que la gente está comenzando a usar), o b) Expresa el gen en solo una sola célula en el camino de la luz, solo eso una celda se vería afectada. En los experimentos a los que hizo referencia, emiten luz desde un cable de fibra óptica de 200 um colocado en el área del cerebro de interés. El enlace tiene información sobre cómo puede esperar que la luz viaje fuera de la fibra y entre en el tejido cerebral.
¿Cuántas neuronas son estimuladas por electrodos en experimentos de engramas de memoria?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v