Нейробиологи узнали, как мозг хранит воспоминания в синапсах
В попытках разобраться в физических основах хранения данных в мозге нейробиологи погрузили мышей в искусственную спячку, вывели из нее — и совершили неожиданное открытие, о котором рассказали в Science. Спячка разрушила до половины синапсов в гиппокампе грызунов — но они ничего не забыли.
«Похоже, память гораздо сложнее нарушить, чем мы предполагали», — замечает нейробиолог Стив Рамирес из Бостонского университета.
Физический след в мозге, в виде которого хранятся воспоминания, называется энграммой. Это совокупность нейронов и их связей, расположенных преимущественно в гиппокампе. Считается, что сохранение информации в памяти и ее воспроизведение формирует новые синапсы и укрепляет уже существующие.
Логично предположить, что память сохраняется до тех пор, пока поддерживается специфический рисунок синапсов на клетках энграммы, кодирующих это воспоминание. Отчасти это подтверждается экспериментами, в которых с помощью лекарственных препаратов или генетических инструментов разрушали синапсы на этих клетках, говорит нейробиолог Казумаса Танака из Окинавского института науки и технологий, руководивший исследованием.
В последнее время, однако, вышли работы, показавшие, что память может сохраняться даже при изменении местоположения или количества таких синапсов.
Спячка и ее последствия
Расставить все точки над i решили с помощью животных, впадающих в зимнюю спячку.
«Во время спячки активность мозга, судя по всему, значительно падает. Однако исследования на естественных гибернаторах показывают, что после пробуждения весной эти животные каким-то образом помнят своих сородичей и места, где спрятали еду до спячки», — объясняет Танака.
Искать естественных гибернаторов не стали, а просто усыпили лабораторных мышей. Благо с некоторых пор для этого есть эффективные и безопасные методы, которые дают не сон, не наркоз, а именно спячку — с замедлением метаболизма и понижением температуры тела.
«[Исследователи] очень остроумно и творчески подошли к вопросу памяти, используя спячку как инструмент, чтобы “прощупать” мозг», — считает Рамирес.
Перед спячкой мышей били током в камере с запахом спирта, чтобы сформировать у них связанное с этим обстоятельством негативное воспоминание. На следующий день мыши замирали от страха при помещении в ту же камеру даже без экзекуции.
Искусственная спячка продолжалась 48 часов. Через пять дней проверили — а мыши по-прежнему замирали, попадая в камеру с запахом спирта. И это несмотря на то, что сканирование мозга методами электронной и двухфотонной микроскопии показало, что спячка уничтожила более половины синапсов на клетках энграммы.
«Несмотря на масштабную перестройку мозга во время спячки, воспоминания сохранились», — констатирует Танака.
Эти результаты применимы и к людям, поскольку предыдущие исследования показали, что наш мозг хранит информацию очень похожим на мышиный образом. «Это говорит нам о том, как устроен мозг млекопитающих», — подтверждает Рамирес.
А как у людей?
Ученые обнаружили, что во время спячки сохранились кластерные синапсы, которые были тесно сгруппированы на поверхности клеток энграммы. В свою очередь, одиночные синапсы, не пережившие гибернации, восстанавливались очень быстро — в течение суток после пробуждения. Это говорит о том, что, хотя кластерные синапсы энграммы необходимы для хранения информации, некластерные, вероятно, важны для доступа к воспоминаниям.
Сейчас исследователи изучают молекулярные пути, с помощью которых кластерные синапсы энграммы хранят информацию, чтобы выяснить, как восстанавливаются некластерные синапсы.
Воздействие на эти пути с помощью лекарств могло бы даже открыть способы предотвращения или замедления ухудшения памяти, полагает Рамирес. «Это вселяет надежду, что даже в тех случаях, когда информация в мозге кажется утерянной — будь то амнезия или болезнь Альцгеймера — память может все же сохраняться», — подытожил он.
