Исследователи из Центра генетики нейронных цепей RIKEN-MIT нашли ответ на давнюю загадку того, как клетки мозга могут запоминать новые воспоминания, сохраняя при этом старые.
Они обнаружили, что определенные нейроны в области мозга, называемой зубчатой извилиной, играют разные роли в формировании памяти в зависимости от того, были ли нейрональные стволовые клетки, которые их производили, старого или молодого возраста.
Исследование будет опубликовано в выпуске Cell от 30 марта и связывает клеточную основу формирования памяти с рождением новых нейронов – открытие, которое может открыть новый класс лекарственных мишеней для лечения расстройств памяти.
Полученные данные также предполагают, что дисбаланс между молодыми и старыми нейронами в головном мозге может нарушить формирование нормальной памяти во время посттравматического стрессового расстройства (ПТСР) и старения. "У животных травматический опыт и старение часто приводят к снижению рождения новых нейронов в зубчатой извилине. У людей недавние исследования обнаружили дисфункцию зубчатой извилины и связанные с ней нарушения памяти при нормальном старении," сказал старший автор исследования Сусуму Тонегава, лауреат Нобелевской премии 1987 года и директор центра RIKEN-MIT.
Среди других авторов – Тошиаки Накашиба и исследователи из Центра RIKEN-MIT и Института Пикауэра при Массачусетском технологическом институте; лаборатория Майкла С. Фанселоу из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе; и лаборатория Криса Дж. МакБейн из Национального института детского здоровья и развития человека.
В ходе исследования авторы протестировали на мышах два типа процессов памяти. Разделение паттернов – это процесс, с помощью которого мозг распознает различия между похожими событиями, например, вспоминая два печенья Мадлен с разными вкусами. Напротив, завершение шаблонов используется для вызова подробного содержания воспоминаний на основе ограниченных подсказок, таких как вспоминание того, с кем вы были, когда вспоминали вкус печенья Мадлен.
Разделение паттернов формирует отчетливые новые воспоминания, основанные на различиях между переживаниями; завершение шаблона восстанавливает воспоминания, обнаруживая сходства. Люди с черепно-мозговой травмой могут быть не в состоянии вспомнить людей, которых видят каждый день. Другие люди с посттравматическим стрессовым расстройством не могут забыть ужасные события. "Нарушение разделения паттернов из-за потери молодых нейронов может сместить баланс в пользу завершения паттернов, что может лежать в основе повторяющихся травматических воспоминаний, наблюдаемых у пациентов с посттравматическим стрессовым расстройством," Тонегава сказал.
Нейробиологи долгое время считали, что эти два противоположных и потенциально конкурирующих процесса происходят в разных нервных цепях. Зубчатая извилина, структура нервной системы с замечательной пластичностью и ее роль в состояниях от депрессии до эпилепсии и черепно-мозговой травмы – считалась вовлеченной в разделение паттернов, а область СА3 – в завершение паттернов. Вместо этого исследователи из Массачусетского технологического института обнаружили, что нейроны зубчатой извилины могут выполнять разделение или завершение паттернов в зависимости от возраста своих клеток.
Исследователи Массачусетского технологического института оценили разделение паттернов у мышей, которые научились различать две похожие, но разные камеры: одна безопасная, а другая связана с неприятным ударом стопы. Чтобы проверить свои способности к завершению паттернов, мышам давали ограниченные подсказки, чтобы выбраться из лабиринта, который они ранее научились преодолевать. Нормальных мышей сравнивали с мышами, у которых отсутствовали либо молодые нейроны, либо старые нейроны. У мышей наблюдались дефекты завершения или разделения паттернов в зависимости от того, какой набор нейронов был удален.
"Изучая мышей, генетически модифицированных, чтобы блокировать нейронную связь со старыми нейронами, или уничтожая их молодые нейроны, рожденные взрослыми, мы обнаружили, что старые нейроны не нужны для разделения паттернов, тогда как молодые нейроны необходимы для этого," соавтор Тошиаки Накашиба сказал. "Наши данные также продемонстрировали, что мыши, лишенные старых нейронов, были дефектными в завершении паттернов, предполагая, что баланс между разделением паттернов и завершением может быть изменен в результате потери старых нейронов."