Нейронауки в Science и Nature, выпуск 91. Окно в гиппокамп позволило увидеть, как мозг запоминает пройденный путь

Учёные из Средиземноморского института нейробиологии, входящего во французский Институт исследовательской медицины (INSERM) совершили очень интересное открытие. Судя по всему, им удалось воочию увидеть, как мозг запоминает пройденный путь. Открытиеопубликовано  в журнале Science в рубрике Brain Microcircuits.

Гиппокамп, окрашенный по методу Brainbow


Для вышеописанных целей команда во главе с Арно Мальвашем (Arnaud Malvache) cоздали мышей, в нейроны гиппокампа которых был встроен ген жёлтого флуоресцентного белка. Когда нейроны активировались, они вспыхивали, как огоньки гирлянды. Всё это наблюдалось при помощи двухфотонного микроскопа через стеклянное «окошко» в гиппокамп. Эта методика подробно описана  в статье, вышедшей в журнале Neuron в 2007 году.

Схема эксперимента из статьи 2007 года


Мыши, «подготовленные» к эксперименту подобным образом, шли по немоторизированной беговой дорожке в полной темноте. По мере продвижения, нейроны в области CA1 их гиппокампа вспыхивали по очереди, отмеряя пройденный путь.

Когда же мышь отдыхала после «пробежки», в ее гиппокампе снова вспыхнули эти самые нейроны, которые «работали» во время бега, однако в данном случае вся «гирлянда» зажглась одновременно и более активно, чем во время бега. Как предполагают учёные, им впервые удалось увидеть, как работают нейрональные блоки памяти, формируя воспоминания (в данном случае – о пройденном пути).


Текст: Алексей Паевский

PS Особенно приятно было прочитать приписку в статье:

«We are indebted to J. Epsztein, R. Khazipov, P. P. Lenck-Santini, D. Robbe, and the team members for helpful comments on the manuscript», ведь Рустем Хазипов работает не только в Марселе, но и создал прекрасную нейробиологическую лабораторию в Казани, с которой мы активносотрудничаем.

Awake hippocampal reactivations project onto orthogonal neuronal assemblies
Arnaud Malvache, Susanne Reichinnek, Vincent Villette, Caroline Haimerl, Rosa Cossart
Science
Doi: 10.1126/science.aaf3319

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 94. Как мозг строит карты и запоминает их

Для того, чтобы запомнить какой-либо маршрут, мы обычно ищем некие ориентиры, запоминаем их и отталкиваемся в планировании дальнейшего маршрута от их расположения. Исследователи из Германии показали, что происходит в это время с мозгом, а точнее – с гиппокампом, ведь именно он берет на себя основную функцию пространственной памяти. Результаты работы ученые опубликовали в  Nature.

Схема эксперимента: мышка с двухфотонным микроскопом, «смотрящим» в прорубленное в гиппокамп окно, сферическая беговая дорожка и экраны виртуальной реальности. Credit: Hainmueller


Оказывается, не только человек мысленно привязывается к ориентирам, но и сами гиппокампальные нейроны. Мы знаем, что любое воспоминание закодировано в межнейронных связях – синапсах, но до сих пор слабо представляем алгоритм их образования. Для того, чтобы выяснить, как образуются энграммы (функциональные нейронные группы, отвечающие за память), исследователям потребовалась лабораторная мышь и некоторые навыки из области молекулярной биологии.

В нейроны гиппокампа мышки пришлось при помощи аденоассоциированного вируса встроить специальные белки, которые светятся из-за повышения внутриклеточной концентрации кальция (а это – прямое свидетельство активации нейрона). Таким образом, ученые могли в режиме реального времени посредством специального микроскопа следить за тем, какие нейроны когда активируются и как они влияют на соседние. То есть, воочию увидеть процесс образования и использования энграмм. Правда, для этого несчастной мышке в буквальном смысле «прорубали» окно для двухфотонного микроскопа в гиппокамп.

После модификации мозга, мышке предлагалось пройти по лабиринту: да не по простому, а по виртуальному. Она сидела на сфере с жестко зафиксированной головой, где могла имитировать движения и повороты, а на экране был изображен сам лабиринт. Пройти его она должна была определенным образом, поэтому за «правильные» повороты животное получали лакомство. Запомнила мышь все нужные повороты довольно быстро и скоро уже без труда проходила лабиринт от начала до конца с одной попытки. Пока она была занята ориентацией на местности, ученые не могли оторваться от наблюдения за ее гиппокампом, а точнее – за зонами CA1 и CA3 в гиппокампе.

В результате они собрали достаточное количество данных, проанализировали их, и вот что выяснил: отдельные нейроны отвечают за конкретные отдельные ориентиры (впрочем, это было известно еще раньше – именно за открытие «клеток места» и других систем навигации в гиппокампе была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине 2014 года Джону О`Кифу и супругам Мозерам). По мере движения между нейронами по цепочке образуются новые и новые связи, в результате чего в гиппокампе создается мини-карта местности. При повторном прохождении маршрута, нейроны активируются в том же порядке и связи между ними укрепляются. Таким образом и запоминается расположение ориентиров и порядок действий при встрече с ними.

В дальнейшем, через пару дней, начнет происходить консолидация памяти – её перевод из краткосрочной в долгосрочную, из гиппокампа в кору («выходящие» пути расположены в зоне CA1). Но это уже совсем другая история…

Кстати, почти два года назад, мы уже публиковали работу исследователей из Франции, которые тоже в прямом эфире смогли наблюдать, как мышка запоминает пройденный путь. В этом тексте, кстати, можно подробно прочитать про то, как делается окно в гиппокамп.


Текст: Дарья Тюльганова

Parallel emergence of stable and dynamic memory engrams in the hippocampus

Thomas Hainmueller & Marlene Bartos

Nature, 2018

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Картинка дня: дендриты и шипики

Credit: Tassilo Jungenitz


На этой фотографии — дендриты новорожденных нейронов, сплошь покрытые дендритными шипиками, подобно роза — шипами. Чуть позже эти шипики станут синапсами, соединениями, передающими сигнал от нейрона к нейрону. Подробнее о том, как устроены нейроны и какими они бывают, читайте в нашей статье из цикла «Нейронауки для всех».

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.