Neuronal memory allocation
स्मृति आवंटन एक ऐसी प्रक्रिया है जो यह निर्धारित करती है कि तंत्रिका नेटवर्क में कौन से विशिष्ट सिनेप्स और न्यूरॉन्स किसी दी गई स्मृति को संग्रहीत करेंगे। हालांकि कई न्यूरॉन्स एक उत्तेजना प्राप्त कर सकते हैं, केवल न्यूरॉन्स का एक उपसमुच्चय स्मृति एन्कोडिंग के लिए आवश्यक प्लास्टिसिटी को प्रेरित करेगा। न्यूरॉन्स के इस उपसमुच्चय के चयन को न्यूरोनल आवंटन कहा जाता है। इसी तरह, इनपुट के दिए गए सेट द्वारा कई सिनेप्स को सक्रिय किया जा सकता है, लेकिन विशिष्ट तंत्र यह निर्धारित करते हैं कि कौन से सिनेप्स वास्तव में मेमोरी को एन्कोड करने के लिए आगे बढ़ते हैं, और इस प्रक्रिया को सिनेप्टिक आवंटन के रूप में संदर्भित किया जाता है। स्मृति आवंटन की खोज पहली बार पार्श्व एमिगडाला में शीना जोसलीन और उनके सहयोगियों द्वारा एलसिनो जे. सिल्वा की प्रयोगशाला में की गई थी। न्यूरोनल स्तर पर, उत्तेजना के उच्च स्तर वाली कोशिकाओं (उदाहरण के लिए निम्न धीमी आफ्टरहाइपरपोलराइजेशन) को मेमोरी ट्रेस में भर्ती किए जाने की अधिक संभावना होती है, और इस प्रक्रिया में सेलुलर ट्रांसक्रिप्शन कारक सी. आर. ई. बी. (चक्रीय ए. एम. पी. उत्तरदायी तत्व-बाध्यकारी प्रोटीन) को निहित करने वाले पर्याप्त सबूत मौजूद हैं। भर्ती किए गए न्यूरॉन्स पर कुछ सिनेप्स में सिनेप्टिक शक्ति में वृद्धि होने की संभावना अधिक होती है (जिसे दीर्घकालिक क्षमता (एल. टी. पी.) के रूप में जाना जाता है) और प्रस्तावित तंत्र जो सिनेप्टिक स्तर पर आवंटन में योगदान कर सकते हैं, उनमें सिनेप्टिक टैगिंग, कैप्चर और सिनेप्टिक क्लस्टरिंग शामिल हैं। न्यूरोनल आवंटन न्यूरोनल आवंटन एक ऐसी घटना है जो इस बात के लिए जिम्मेदार है कि कैसे एक नेटवर्क में विशिष्ट न्यूरॉन्स, न कि अन्य जो समान इनपुट प्राप्त करते हैं, एक विशिष्ट स्मृति को संग्रहीत करने के लिए प्रतिबद्ध हैं। न्यूरोनल आवंटन में सी. आर. ई. बी. की भूमिका प्रतिलेखन कारक सी. ए. एम. पी. प्रतिक्रिया तत्व-बाध्यकारी प्रोटीन (सी. आर. ई. बी.) न्यूरोनल स्मृति आवंटन का एक अच्छी तरह से अध्ययन किया गया तंत्र है। आज तक के अधिकांश अध्ययन एमिग्डाला का उपयोग एक मॉडल सर्किट के रूप में करते हैं, और एमिग्डाला में भय से संबंधित स्मृति निशान उन यादों को आवंटित व्यक्तिगत न्यूरॉन्स में सी. आर. ई. बी. अभिव्यक्ति द्वारा मध्यस्थता करते हैं। सी. आर. ई. बी. कोशिकीय प्रक्रियाओं को संशोधित करता है जो न्यूरोनल आवंटन की ओर ले जाते हैं, विशेष रूप से डेंड्राइटिक रीढ़ घनत्व और आकृति विज्ञान के संबंध में। आज तक अध्ययन किए गए कई स्मृति तंत्र विभिन्न मस्तिष्क क्षेत्रों में संरक्षित हैं, और यह संभावना है कि एमिग्डाला में पाए जाने वाले भय-आधारित स्मृति आवंटन के तंत्र भी मस्तिष्क के विभिन्न क्षेत्रों में अन्य प्रकार की यादों के लिए समान रूप से मौजूद होंगे। वास्तव में, सनो और सिल्वा प्रयोगशाला में उनके सहयोगियों ने दिखाया कि सी. आर. ई. बी. एमिग्डाला में न्यूरोनल मेमोरी आवंटन को भी नियंत्रित करता है। सी. आर. ई. बी. को कई मार्गों द्वारा सक्रिय किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, चक्रीय एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट (सी. ए. एम. पी.) और प्रोटीन किनेज ए (पी. के. ए.) मार्ग न्यूरोनल आवंटन में भाग लेते दिखाई देते हैं। जब सी. ए. एम. पी. और कैल्शियम आयनों जैसे दूसरे संदेशवाहकों द्वारा सक्रिय किया जाता है, तो पी. के. ए. और एम. ए. पी. किनेज जैसे एंजाइम लक्षित जीन का प्रतिलेखन शुरू करने के लिए नाभिक और फॉस्फोरिलेट सी. आर. ई. बी. में स्थानांतरित हो सकते हैं। पी. के. ए. अवरोधक लंबे समय तक चलने वाले एल. टी. पी. के विकास को अवरुद्ध कर सकते हैं, और इसके साथ सी. आर. ई. बी. प्रोटीन द्वारा संशोधित जीन के प्रतिलेखन में कमी आती है। न्यूरोनल आवंटन में मेटाप्लास्टिसिटी एक ऐसा शब्द है जो इस संभावना का वर्णन करता है कि एक दिया गया उत्तेजना न्यूरोनल प्लास्टिसिटी को प्रेरित करेगा, जो उस न्यूरॉन द्वारा अनुभव की गई पिछली गतिविधि पर आधारित है। कई अध्ययन इस बात के प्रमाण प्रदान करते हैं कि कुछ मिनट से कुछ दिन पहले "प्राइमिंग गतिविधि" (जैसे न्यूरोट्रांसमीटर, पैराक्राइन सिग्नल या हार्मोन) प्राप्त करने वाले न्यूरॉन्स दीर्घकालिक क्षमता (एल. टी. पी.) के प्रेरण के लिए कम सीमा दिखाएंगे। अन्य अध्ययनों से पता चलता है कि एन. एम. डी. ए. आर. की सक्रियता एल. टी. पी. के प्रेरण के लिए उत्तेजना सीमा को भी बढ़ा सकती है। इस प्रकार, न्यूरॉन्स के समूहों पर समान इनपुट उन न्यूरॉन्स की पूर्व गतिविधि के आधार पर कुछ में एल. टी. पी. को प्रेरित कर सकते हैं लेकिन अन्य में नहीं। इन मेटाप्लास्टिक प्रभावों में शामिल संकेत तंत्र में αCaMCII का ऑटोफॉस्फोराइलेशन, NMDA रिसेप्टर सबयूनिट संरचना में परिवर्तन और वोल्टेज-निर्भर कैल्शियम चैनलों का सक्रियण शामिल है। ये मेटाप्लास्टिक प्रभाव स्मृति अस्थिरता और पुनः समेकन को नियंत्रित करते हैं। सिनैप्टिक आवंटन उन तंत्रों से संबंधित है जो इस बात को प्रभावित करते हैं कि किसी दी गई स्मृति को संग्रहीत करने के लिए सिनैप्स कैसे आते हैं। सिनैप्टिक आवंटन के विचार के लिए आंतरिक अवधारणा यह है कि कई सिनैप्स को इनपुट के दिए गए सेट द्वारा सक्रिय किया जा सकता है, लेकिन विशिष्ट तंत्र यह निर्धारित करते हैं कि कौन से सिनैप्स वास्तव में एन्कोड मेमोरी पर जाते हैं। विशिष्ट सिनेप्स में यादों का आवंटन यह निर्धारित करने के लिए महत्वपूर्ण है कि यादों को कहाँ संग्रहीत किया जाता है। सिनेप्टिक टैगिंग और कैप्चर सिनेप्टिक गतिविधि एक सिनेप्टिक टैग उत्पन्न कर सकती है, जो एक मार्कर है जो उत्तेजित रीढ़ की हड्डी को बाद में आर्क जैसे नए प्रतिलेखित प्लास्टिसिटी अणुओं को पकड़ने की अनुमति देता है। सिनेप्टिक गतिविधि अनुवाद और प्रतिलेखन तंत्र को भी संलग्न कर सकती है। कमजोर उत्तेजना सिनेप्टिक टैग बना सकती है लेकिन अनुवाद और प्रतिलेखन तंत्र को संलग्न नहीं करेगी, जबकि मजबूत उत्तेजना सिनेप्टिक टैग बनाएगी और अनुवाद और प्रतिलेखन तंत्र को भी संलग्न करेगी। नए उत्पन्न प्लास्टिसिटी-संबंधित प्रोटीन (पी. आर. पी.) को किसी भी टैग किए गए सिनेप्स द्वारा पकड़ा जा सकता है, लेकिन बिना टैग किए गए सिनेप्स नए पी. पी. प्राप्त करने के योग्य नहीं हैं। एक निश्चित समय अवधि के बाद, सिनेप्स अपना टैग खो देंगे और अपनी प्रारंभिक स्थिति में लौट आएंगे। इसके अलावा, नए पी. आर. पी. की आपूर्ति कम हो जाएगी। पी. आर. पी. पर कब्जा करने के लिए टैग और नए पी. आर. पी. को समय पर ओवरलैप करना चाहिए। सिनेप्टिक टैग प्रेरक उत्तेजनाओं के बीच के समय से व्युत्क्रम रूप से संबंधित है, और इसे अस्थायी रूप से असममित कहा जाता है। इसके अलावा, टैगिंग भी रीढ़ के बीच की दूरी से विपरीत रूप से संबंधित है, जो टैगिंग का एक महत्वपूर्ण स्थानिक गुण है। इसके विपरीत सिनैप्टिक टैगिंग के अस्थायी और स्थानिक गुणों की पुष्टि करते हुए, बाद के इमेजिंग अध्ययनों से पता चला कि न केवल अस्थायी बाधाएं हैं, बल्कि संरचनात्मक बाधाएं भी हैं जो सिनैप्टिक टैगिंग और कैप्चर तंत्र को सीमित करती हैं। कुल मिलाकर, ये अध्ययन सिनैप्टिक टैगिंग और कैप्चर की जटिलता को प्रदर्शित करते हैं, और इस बारे में अधिक जानकारी देते हैं कि यह तंत्र वास्तव में कैसे होता है। स्पाइन क्लस्टरिंग सिनेप्टिक क्लस्टरिंग एक डेंड्राइटिक क्षेत्र में नई रीढ़ों को जोड़ने को संदर्भित करता है जहां पिछली शिक्षा द्वारा अन्य रीढ़ों को जोड़ा गया है। स्पाइन क्लस्टरिंग के परिणामस्वरूप डिफ्फुसिबल मॉलिक्यूलर क्रॉसस्टॉक के माध्यम से सिनेप्टिक इनपुट का प्रवर्धन हो सकता है जो सक्रिय spines.1 के पास होता है उदाहरण के लिए, अध्ययनों से पता चला है कि सिग्नलिंग अणु एक रीढ़ पर संश्लेषित होते हैं, (जैसे। सक्रिय आर. ए. एस. और/या आर. एच. ओ. ए.), फैल सकता है और आस-पास के स्थानों पर रीढ़ की हड्डी के विकास को प्रभावित कर सकता है। रो जी. टी. पीज़ सी. डी. सी. 42 लंबे समय तक रीढ़ की हड्डी की मात्रा में वृद्धि करके रीढ़ की हड्डी के समूह में भी योगदान कर सकता है। हाल के अध्ययनों से यह भी पता चलता है कि इस प्रक्रिया को एन. एम. डी. ए. रिसेप्टर सक्रियण और नाइट्रिक ऑक्साइड उत्तेजना द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है। मोटर कोर्टेक्स में स्पाइन क्लस्टरिंग विशिष्ट मोटर यादों के सिनैप्टिक भंडारण के लिए एक रूपात्मक तंत्र को दर्शाता है। ये गुच्छेदार रीढ़ गैर-गुच्छेदार नई रीढ़ की तुलना में अधिक स्थिर होती हैं। इस प्रकार की रीढ़ एक विशिष्ट पैटर्न में होती है, जिसका अर्थ है कि एक कार्य के बाद जोड़ी गई रीढ़ एक वैकल्पिक कार्य के बाद रीढ़ के साथ क्लस्टर नहीं होगी। स्पाइन क्लस्टरिंग का नुकसान भी एक संभावना है जैसा कि कुछ भय अनुकूलन प्रयोगों में दिखाया गया है, जिससे फ्रंटल एसोसिएशन कॉर्टेक्स में रीढ़ की हड्डी का शुद्ध नुकसान होता है, एक क्षेत्र जो भय अनुकूलन में दृढ़ता से जुड़ा हुआ है, जो याद करने पर स्मृति के साथ दृढ़ता से संबंधित है। एक बार भय विलुप्त होने के बाद रीढ़ को जोड़ा गया था, जो मूल भय अनुकूलन के दौरान खोए हुए रीढ़ के समान अभिविन्यास था। एल्सीनो जे. सिल्वा की प्रयोगशाला में डेनिस काई ने पाया कि स्मृति आवंटन तंत्र का उपयोग समय के साथ स्मृतियों को जोड़ने या जोड़ने के लिए किया जाता है। अपने अध्ययनों में उन्होंने प्रदर्शित किया कि एक प्रासंगिक स्मृति सी. आर. ई. बी. के सक्रियण और हिप्पोकैम्पस सी. ए. 1 न्यूरॉन्स के सबसेट में उत्तेजना में बाद की वृद्धि को ट्रिगर करती है, जैसे कि 5 घंटे के भीतर होने वाली एक बाद की प्रासंगिक स्मृति, उन्हीं सी. ए. 1 न्यूरॉन्स में से कुछ को आवंटित की जा सकती है जो पहली प्रासंगिक स्मृति को संग्रहीत करते हैं। दो प्रासंगिक यादों के लिए सी. ए. 1 मेमोरी एनग्राम के बीच इस ओवरलैप के परिणामस्वरूप, एक प्रासंगिक स्मृति का स्मरण दूसरी स्मृति की पुनर्प्राप्ति को सक्रिय करता है। इन अध्ययनों से यह भी पता चला है कि उम्र बढ़ने वाले मस्तिष्क में प्रासंगिक स्मृति जोड़ने के तंत्र बाधित होते हैं, और सीए1 न्यूरॉन्स के सबसेट में बढ़ती उत्तेजना इन स्मृति जोड़ने की कमी को उलट देती है। यह बहुत संभावना है कि उम्र बढ़ने के मस्तिष्क में सी. आर. ई. बी. और न्यूरोनल उत्तेजना में हानि स्मृति को जोड़ने में असामान्यताओं और संभवतः उम्र बढ़ने से जुड़ी संबंधित स्रोत स्मृति समस्याओं (स्रोत भूलने की बीमारी) के लिए जिम्मेदार हो सकती है। जुलाई 2018 में, "13 खोज जो सब कुछ बदल सकती हैं" के बारे में एक विशेष अंक में, साइंटिफिक अमेरिकन ने सिल्वा प्रयोगशाला की मेमोरी एलोकेशन और लिंकिंग करंट की खोज पर प्रकाश डाला और भविष्य के शोध इंटीग्रेटिंग सिनैप्टिक और न्यूरोनल एलोकेशन प्रयोगों ने अभी तक न्यूरोनल और सिनैप्टिक स्तरों के बीच आवंटन तंत्र की बातचीत की जांच नहीं की है। न्यूरोनल नेटवर्क में न्यूरॉन्स और सिनेप्स के बीच के संबंध को देखते हुए प्रक्रियाओं के दो वर्गों के आपस में जुड़े होने की बहुत संभावना है। उदाहरण के लिए, सिनैप्टिक आवंटन में शामिल सिनैप्टिक टैगिंग और कैप्चर के लिए न्यूरॉन्स के आवंटन की आवश्यकता होती है जिससे सिनैप्स संबंधित होते हैं। इसके अलावा, किसी दिए गए न्यूरोनल समूह में न्यूरोनल उत्तेजना में वृद्धि कुछ डेंड्राइट्स को दूसरों की तुलना में अधिक प्रभावित कर सकती है, इस प्रकार स्मृति भंडारण को उच्च उत्तेजना के साथ डेंड्राइट्स में सिनेप्स के लिए पक्षपाती बनाती है। इसी तरह, बढ़ी हुई उत्तेजना प्रदर्शित करने वाले भर्ती किए गए न्यूरॉन्स पर, जानकारी को सिनेप्टिक प्लास्टिसिटी के रूप में संग्रहीत करने के लिए विशिष्ट सिनेप्स का चयन करने की आवश्यकता होती है। एकीकरण के एक पहलू में मेटाप्लास्टिसिटी शामिल है और कैसे एक स्मृति का अधिग्रहण और भंडारण तंत्रिका परिपथ को बदलकर बाद की स्मृति के भंडारण और गुणों को प्रभावित करता है। कोशिकीय उत्तेजना को हेटेरोसाइनेप्टिक मेटाप्लास्टिसिटी के लिए जिम्मेदार तंत्रों में से एक के रूप में प्रस्तावित किया गया है, जो विभिन्न सिनेप्स पर बाद की प्लास्टिसिटी का मॉड्यूलेशन है। सी. आर. ई. बी. ऊपर वर्णित कोशिका उत्तेजना को बढ़ाने के माध्यम से कार्य करता है, इस प्रकार यह संभवतः हेट्रेरोसिनेप्टिक मेटाप्लास्टिसिटी में भी शामिल है। सिनैप्टिक टैगिंग और कैप्चर, जैसा कि उपरोक्त खंडों में पेश किया गया है, के परिणामस्वरूप एक कमजोर मेमोरी (केवल ई-एलटीपी को ट्रिगर करने में सक्षम) हो सकती है, जिसे अन्यथा भुला दिया जाएगा, लेकिन इसे एक मजबूत मेमोरी (एल-एलटीपी को ट्रिगर करने में सक्षम) द्वारा मजबूत और स्थिर किया जा सकता है, जो हेटेरोसाइनेप्टिक प्लास्टिसिटी का एक रूप है। भविष्य के अनुसंधान स्मृति आवंटन के व्यक्तिगत तंत्र में व्यापक शोध के बावजूद, इन तंत्रों के एकीकरण की जांच करने वाले कुछ अध्ययन हैं। यह प्रस्तावित किया गया है कि इन प्रक्रियाओं के आणविक, कोशिकीय और प्रणालीगत तंत्र के प्रभावों को समझने से यह स्पष्ट हो सकता है कि स्मृति निर्माण के दौरान वे कैसे समन्वित और एकीकृत होते हैं। उदाहरण के लिए, सिनेप्टिक टैगिंग और कैप्चर में शामिल प्लास्टिसिटी से संबंधित प्रोटीन (पी. आर. पी.) की पहचान करने के साथ-साथ सी. आर. ई. बी. के अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम अणु संभावित अंतःक्रियाओं को प्रकट करने में मदद कर सकते हैं। इन तंत्रों के कार्यात्मक महत्व की जांच करने के लिए ऐसे उपकरणों की आवश्यकता होगी जो विवो में प्रस्तावित तंत्र में शामिल प्रक्रियाओं में सीधे हेरफेर और छवि बना सकें। उदाहरण के लिए, यह संभव है कि सिनैप्टिक टैगिंग और कैप्चर के लिए जिम्मेदार व्यवहार संबंधी अंतःक्रियाएं सिनैप्टिक टैगिंग तंत्र के बजाय डोपामाइन जैसे न्यूरोमॉड्यूलेटर में प्रोटीन संश्लेषण-निर्भर वृद्धि के कारण होती हैं। प्रत्यक्ष हेरफेर के तहत व्यवहार प्रभावों की जांच करने से इन अन्य संभावित कारणों को खारिज करने में मदद मिल सकती है। मेमोरी कंसोलिडेशन एंग्राम मल्टीपल ट्रेस थ्योरी लॉन्ग-टर्म पोटेंशियेशन सिनेप्टिक टैगिंग संदर्भ स्मृति का तंत्रिका विज्ञान भी देखें।