Трудно вспомнить, куда вы положили ключи, выучить новый язык или вспомнить имена на коктейльной вечеринке? Новое исследование лаборатории Лисмана в Университете Брандейса указывает на молекулу, которая играет центральную роль в процессе сохранения воспоминаний в мозгу. В статье, опубликованной в журнале Journal of Neuroscience от 22 июня, описываются новые результаты.
Мозг состоит из нейронов, которые общаются друг с другом через структуры, называемые синапсами, точку контакта между нейронами. Синапсы передают электрические сигналы от "отправитель" нейрон к "получатель" нейрон. Важно отметить, что синапсы могут различаться по силе; сильный синапс оказывает большое влияние на свою целевую клетку, слабый синапс мало влияет.
Новое исследование Джона Лисмана, профессора биологии и заведующего кафедрой неврологии Zalman Abraham Kekst, помогает объяснить, как воспоминания хранятся в синапсах. Его работа основана на предыдущих исследованиях, показывающих, что изменения в силе этих синапсов имеют решающее значение в процессе обучения и памяти.
"Теперь совершенно ясно, что память кодируется не изменением количества клеток в головном мозге, а скорее изменениями силы синапсов," Лисман говорит. "Теперь вы можете видеть, что когда происходит обучение, одни синапсы становятся сильнее, а другие – слабее."
Но что контролирует силу синапса??
Лисман и другие ранее показали, что определенная молекула, называемая Са / кальмодулин-зависимая протеинкиназа II (CaMKII), необходима для синапсов, чтобы изменить свою силу. Команда Лисмана теперь показывает, что синаптическая сила контролируется комплексом CaMKII с другой молекулой, называемой глутаматным рецептором NMDAR-типа (NMDAR). Его лаборатория обнаружила, что количество этого молекулярного комплекса (называемого комплексом CaMKII / NMDAR) на самом деле определяет, насколько силен синапс и, скорее всего, насколько хорошо хранится память.
"Мы утверждаем, что если вы посмотрите на слабый синапс, вы найдете небольшое количество этих комплексов, может быть, один," говорит Лисман. "Но при сильном синапсе вы можете найти многие из этих комплексов."
Ключевым открытием в их эксперименте была процедура, которая уменьшала количество этого комплекса. Когда комплекс уменьшился, синапс стал слабее. Это ослабление было постоянным, что указывало на то, что память, хранящаяся в этом синапсе, была стерта.
Эксперименты проводились с использованием небольших кусочков гиппокампа крысы, части мозга, ответственной за хранение памяти.
"Мы можем искусственно вызывать изменения силы синапсов, похожие на обучение, потому что мы знаем схему возбуждения, которая возникает во время фактического обучения у животного," Лисман говорит.
Чтобы доказать свою гипотезу, объяснил он, его команда сначала укрепила синапс, в конечном итоге насыщая его до такой степени, что больше не может происходить обучение или память. Затем они добавили в синапс химическое вещество под названием CN-19, которое, как они подозревали, растворяет комплекс CaMKII / NMDAR. Как и предполагалось, это действительно ослабило синапс, что свидетельствует о потере памяти.
Последний эксперимент, по словам Лисмана, был самым захватывающим: они начали с того, что сделали синапс настолько сильным, что он стал "насыщенный," на что указывает тот факт, что дальнейшее усиление не могло быть вызвано. Затем они "стертый" память с химическим веществом CN-19. Если "объем памяти" действительно был стерт, синапс больше не должен быть насыщен. Чтобы проверить эту гипотезу, команда Лисмана снова стимулировала синапс и обнаружила, что он снова может "учиться." Взятые вместе, эти результаты продемонстрировали способность CN19 стирать память о синапсе ?? критический критерий для установления того, что комплекс CaMKII / NMDAR является давно искомой молекулой памяти в головном мозге.
Команда Лисмана использовала CN19 из-за предыдущих исследований, которые показывают, что это химическое вещество может влиять на комплекс CaMKII / NMDAR. Команда Лисмана хотела показать, что CN19 уменьшает комплекс в живых клетках. Несколько ключевых контрольных экспериментов подтвердили это.
"Большинство людей согласны с тем, что изменение синапсов, которое вы видите под микроскопом, – это механизм, который на самом деле происходит во время обучения," говорит Лисман. "Так что эта статья будет иметь большое влияние ?? но в науке вам все равно нужно что-то доказывать, поэтому следующим шагом будет попробовать это на реальном животном и посмотреть, сможем ли мы заставить его забыть то, что оно ранее узнало."
Лисман говорит, что если память понять на биохимическом уровне, влияние будет огромным.
"Вы должны понять, как работает память, прежде чем сможете понять болезни памяти."