НЕЙРОФІЗІОЛОГІЧНІ ОСНОВИ РОБОЧОЇ ПАМ’ЯТІ: НЕЙРОННІ КОЛИВАННЯ ТА СИНАПТИЧНА ПЛАСТИЧНІСТЬ

  2. 2025
  3. НЕЙРОФІЗІОЛОГІЧНІ ОСНОВИ РОБОЧОЇ ПАМ’ЯТІ: НЕЙРОННІ КОЛИВАННЯ ТА СИНАПТИЧНА ПЛАСТИЧНІСТЬ

Ткаченко С. С., Родинський О. Г., Артюхова З. А.

НЕЙРОФІЗІОЛОГІЧНІ ОСНОВИ РОБОЧОЇ ПАМ'ЯТІ: НЕЙРОННІ КОЛИВАННЯ ТА СИНАПТИЧНА ПЛАСТИЧНІСТЬ

Показати/Завантажити PDF

Про автора:

Ткаченко С. С., Родинський О. Г., Артюхова З. А.

Рубрика:

ОГЛЯДИ ЛІТЕРАТУРИ

Тип статті:

Наукова стаття

Анотація:

Актуальність цієї оглядової статті полягає в тому, що знання про порушення координації коливальної активності та синаптичної пластичності, що спостерігаються при різних нейропсихіатричних станах з дефіцитом робочої пам'яті, відкривають нові перспективи для розробки цілеспрямованих терапевтичних підходів. Метою був аналіз відповідних наукових джерел та досліджень з сучасних баз даних, які досліджують нейрофізіологічні механізми функціонування робочої пам'яті, зокрема роль нейронних коливань різних частот (тета, альфа, гамма, бета), синаптичну пластичність та їх взаємодію в префронтальній корі, гіпокампі та тім'яній корі. Встановлено, що робоча пам'ять функціонує через взаємодію нейронних коливань та синаптичної пластичності в розподілених мережах мозку. Тета- коливання (4-8 Гц) забезпечують синхронізацію між гіпокампом і префронтальною корою під час кодування інформації. Альфа-коливання (8-12 Гц) діють як гальмівні фільтри, блокуючи нерелевантну інформацію. Гамма-ритми (30-100 Гц) забезпечують точність нейронної активності та зв'язування різних елементів пам'яті. Було виявлено, що перехресні частотні взаємодії, особливо тета-гамма-зв'язок, безпосередньо впливають на обсяг робочої пам'яті. На клітинному рівні робоча пам'ять залежить від короткочасної синаптичної пластичності, включаючи NMDA-залежне синаптичне посилення, швидке формування дендритних шипиків та нейромодуляцію через дофамін, ацетилхолін та норадреналін. Було виявлено двонаправлений зв'язок між коливаннями та пластичністю: коливальні патерни створюють оптимальні умови для синаптичних модифікацій, тоді як зміни синаптичної сили впливають на коливальні властивості нейронних мереж. Тренування робочої пам'яті призводить до паралельних змін тета-гамма-зв'язку та структурної мережевої зв'язності, що вказує на синхронізований розвиток коливальних та синаптичних властивостей. Робоча пам'ять базується на складній взаємодії між нейронними коливаннями та механізмами синаптичної пластичності, які разом забезпечують тимчасове зберігання та обробку інформації.

Теги:

гамма-ритм, дендритні шипики, когнітивні процеси, нейронна активність, тета-ритм

Список цитованої літератури:

  1. Hallett M, de Haan W, Deco G, Dengler R, Di Iorio R, Gallea C, et al. Human brain connectivity: Clinical applications for clinical neurophysiology. Clinical neurophysiology. 2020;131(7):1621-1651. DOI: 10.1016/j.clinph.2020.03.031.
  2. Magee JC, Grienberger C. Synaptic Plasticity Forms and Functions. Annual review of neuroscience. 2020;43:95-117. DOI: 10.1146/annurev-neuro-090919-022842.
  3. Karakaş S. A review of theta oscillation and its functional correlates. International journal of psychophysiology. 2020;157:82-99. DOI: 10.1016/j.ijpsycho.2020.04.008.
  4. Zhou YJ, Ramchandran A, Haegens S. Alpha oscillations protect working memory against distracters in a modality-specific way. NeuroImage. 2023;278:120290. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2023.120290.
  5. Ichim AM, Barzan H, Moca VV, Nagy-Dabacan A, Ciuparu A, Hapca A, et al. The gamma rhythm as a guardian of brain health. Elife. 2024;13:e100238. DOI: 10.7554/eLife.100238.
  6. Lisman J. Glutamatergic synapses are structurally and biochemically complex because of multiple plasticity processes: long-term potentiation, long-term depression, short-term potentiation and scaling. Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences. 2017;372(1715):20160260. DOI: 10.1098/rstb.2016.0260.
  7. Klein MO, Battagello DS, Cardoso AR, Hauser DN, Bittencourt JC, Correa RG. Dopamine: Functions, Signaling, and Association with Neurological Diseases. Cellular and molecular neurobiology. 2019;39(1):31-59. DOI: 10.1007/s10571-018-0632-3.
  8. Wang Y, Huynh AT, Bao S, Buchanan JJ, Wright DL, Lei Y. Memory consolidation of sequence learning and dynamic adaptation during wakefulness. Cerebral Cortex. 2024;34(2):bhad507. DOI: 10.1093/cercor/bhad507.
  9. Cona G, Chiossi F, Di Tomasso S, Pellegrino G, Piccione F, Bisiacchi P, et al. Theta and alpha oscillations as signatures of internal and external attention to delayed intentions: A magnetoencephalography (MEG) study. Neuroimage. 2020;205:116295. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2019.116295.
  10. Borghini G, Candini M, Filannino C, Hussain M, Walsh V, Romei V, et al. Alpha Oscillations Are Causally Linked to Inhibitory Abilities in Ageing. J Neurosci. 2018;38(18):4418-4429. DOI: 12.1523/JNEUROSCI.1285-17.2018.
  11. Debanne D, Inglebert Y. Spike timing-dependent plasticity and memory. Current opinion in neurobiology. 2023;80:102707. DOI: 10.1016/j.conb.2023.102707.
  12. Sánchez-Rodríguez I, Temprano-Carazo S, Jeremic D, Delgado-Garcia JM, Gruart A, Navarro-López JD, et al. Recognition Memory Induces Natural LTP-like Hippocampal Synaptic Excitation and Inhibition. International journal of molecular sciences. 2022;23(18):10806. DOI: 10.3390/ijms231810806.
  13. Griffiths BJ, Jensen O. Gamma oscillations and episodic memory. Trends in neurosciences. 2023;46(10):832-846. DOI: 10.1016/j.tins.2023.07.003.
  14. Xu X, Zhao H, Song Y, Cai H, Zhao W, Tang J, et al. Molecular mechanisms underlying the neural correlates of working memory. BMC Biology. 2024;22(1):238. DOI: 10.1186/s12915-024-02039-0.
  15. Susin E, Destexhe A. Integration, coincidence detection and resonance in networks of spiking neurons expressing Gamma oscillations and asynchronous states. PLOS Computational Biology. 2021;17(9):e1009416. DOI: 10.1371/journal.pcbi.1009416.
  16. Lima KR, da Rosa ACS, Picua SS, E Silva SS, Soares NM, Mello-Carpes PB. Novelty promotes recognition memory persistence by D1 dopamine receptor and protein kinase A signalling in rat hippocampus. The European journal of neuroscience. 2022;55(1):78-90. DOI: 10.1111/ejn.15568.
  17. Sarno S, Beirán M, Falcó-Roget J, Diaz-deLeon G, Rossi-Pool R, Romo R, et al. Dopamine firing plays a dual role in coding reward prediction errors and signaling motivation in a working memory task. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2022;119(2):e2113311119. DOI: 10.1073/pnas.2113311119.
  18. Pastor V, Medina JH. α7 nicotinic acetylcholine receptor in memory processing. The European journal of neuroscience. 2024;59(9):2138-2154. DOI: 10.1111/ejn.15913.
  19. Schwabe L, Hermans EJ, Joëls M, Roozendaal B. Mechanisms of memory under stress. Neuron. 2022;110(9):1450-1467. DOI: 10.1016/j.neuron.2022.02.020.
  20. Thompson TW, Waskom ML, Gabrieli JD. Intensive Working Memory Training Produces Functional Changes in Large-scale Frontoparietal Networks. Journal of cognitive neuroscience. 2016;28(4):575-588. DOI: 10.1162/jocn_a_00916.
  21. Abubaker M, Al Qasem W, Pilátová K, Ježdík P, Kvašňák E. Theta-gamma-coupling as predictor of working memory performance in young and elderly healthy people. Molecular brain. 2024;17(1):74. DOI: 10.1186/s13041-024-01149-8.
  22. Liu X, Jones PS, Pasternak M, Masellis M, Bouzigues A, Russell LL, et al. Frontoparietal network integrity supports cognitive function in pre-symptomatic frontotemporal dementia: Multimodal analysis of brain function, structure, and perfusion. Alzheimer’s & Dementia. 2024;20(12):8576-8594. DOI: 10.1002/alz.14299.
  23. Zheng S, Zhang Y, Huang K, Zhuang J, Lü J, Liu Y. Temporal Interference Stimulation Boosts Working Memory Performance in the Frontoparietal Network. Human brain mapping. 2025;46(3):e70160. DOI: 10.1002/hbm.70160.
  24. Galgani A, Bartolini E, D’Amora M, Faraguna U, Giorgi FS. The Central Noradrenergic System in Neurodevelopmental Disorders: Merging Experimental and Clinical Evidence. International journal of molecular sciences. 2023;24(6):5805. DOI: 10.3390/ijms24065805.
  25. Zhou J, Li J, Zhao Q, Ou P, Zhao W. Working memory deficits in children with schizophrenia and its mechanism, susceptibility genes, and improvement: A literature review. Frontiers in Psychiatry. 2022;13:899344. DOI: 10.3389/fpsyt.2022.899344.

Публікація статті:

«Вісник проблем біології і медицини», 2025 Випуск 4, 179, 72-79 сторінки, код УДК 612.83:612.662.9:618.173-073.7/-076-085:615.2.1-092.9

DOI:

10.29254/2077-4214-2025-4-179-72-79

2025 Випуск 4, 179
гамма-ритм дендритні шипики когнітивні процеси нейронна активність тета-ритм
28.12.2025
Чи була ця стаття корисною?
1
1

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *


The reCAPTCHA verification period has expired. Please reload the page.