Найден ген хорошей рабочей памяти

Ученые из университета Рокфелера обнаружили ген, играющий важную роль в функциях рабочей памяти. Это ген рецептора Gpr12, который в большом количестве находится в таламусе. Благодаря нему мозг в задачах на рабочую память синхронизирует активность таламуса и префронтальной коры. При том чем лучше синхронизация, тем эффективнее действует рабочая память. Об этом исследователи рассказали в журнале Cell.

Credit: stemlittleexplorers.com


Каждый человек ежедневно выполняет множество дел, требующих «напряжения мысли». Чтобы, например, подсчитать общую цену товаров в магазине, мы постоянно загружаем наш мозг информацией – ценами каждого отдельного продукта. При этом в голове мы их сохраняем, суммируем, округляем, обновляем. Все это происходит в своеобразной «промежуточной» памяти человека, которая носит название рабочей памяти.

Рабочая память – это ментальное пространство в нашем мозге, где происходит обработка информации. К примеру, подсчитайте в уме, сколько будет 811–114. Эта информация поступила к вам в мозг. Далее вы начали ее обрабатывать и в итоге заменили старые цифры на одну новую – 697.  Все три операции – сохранение, обработку и обновление – вы произвели именно в рабочей памяти.

Множество исследователей сегодня пытаются изучить рабочую память: найти ее объем, ее место в мозге. Эта функция жизненно важна. Без нее мы не можем нормально считать, читать, писать, говорить и так далее. Плохо действующая рабочая память может быть причиной слабой долговременной памяти.

Если понять, как функционирует рабочая память, то появляется возможность помогать людям при самых разных заболеваниях (депрессиях, СДВГ и других). Отсюда и большой интерес ученых к тому, где же в мозге локализуется рабочая память. Одна из гипотез состоит в том, что некоторые ее компоненты находятся во фронтальной коре, ответственной за многие исполнительные функции мозга (планирование, торможение, осознанное поведение). Исследователи из университета Рокфеллера продолжили поиски места рабочей памяти в мозге. Но подошли к вопросу более фундаментально.

Они решили использовать гетерогенных грызунов (у которых наблюдается большое разнообразие индивидуальных особенностей – фенотипов). Известно, что у мышей хорошо развита пространственная рабочая память. Это можно проверить с помощью Т-образного лабиринта, в котором мышь должна искать еду каждый раз в новом рукаве. Эта задача позволяет проверить именно рабочую память, так как чтобы правильно ее выполнить, мышь должна удерживать в голове последовательность предыдущего путешествия по лабиринту.

Credit: Laboratory of Neural Dynamics and Cognition at The Rockefeller University


После того, как 182 мыши продемонстрировали свои «таланты» в лабиринте, ученые провели процедуру QTL картирование (QTL – локусы количественных признаков). Ее суть заключается в том, что с помощью специальных молекулярных маркеров находят определенное место (локус) в геноме, которое влияет на некий признак, в нашем случае – рабочую память. В результате такого картирования был обнаружен локус, имеющий обозначение Smart1.

Мыши, у которых была конкретная совокупность разных форм генома, так называемый гаплотип CAST/EiJ, показывали наилучший результат в задаче на память. Ученые убедились в этом, проведя анализ аллелей (разных форм одного гена). Конкретная генная картина позволяла предсказать, у кого будет хорошая память, а у кого – нет.

На следующем этапе ученые предложили мышам еще одну задачу на рабочую память (DNMT — delayed non-match task). В ней мышь находила награду в одном рукаве, после чего следовала пауза примерно на 10 секунд, затем мышь должна была найти новую награду в другом рукаве. Получается, что для этой задачи информацию в рабочей памяти нужно удерживать дольше и при этом обрабатывать (ведь следующий стимул будет в противоположном рукаве лабиринта). Мыши с гаплотипом CAST/EiJ значительно быстрее выполняли задачу.

Промежуточный итог показал, что локус Smart1 влияет на эффективность рабочей памяти. Для того, чтобы проанализировать, какие именно гены этого локуса играют наибольшую роль в этом процессе, ученые внимательно изучили гиппокамп, префронтальную кору, таламус и вентральную область покрышки. В локусе Smart1 этих областей мозга исследователи секвенировали РНК. Это позволило определить, что есть четыре возможных гена в Smart1, которые могут объяснять отличную рабочую память: Tmem130, Gpr12, Grid2ip, Nptx2.

Чтобы проверить, какие из этих генов действительно влияют на рабочую память, ученые «выключили» эти гены в тех областях мозга, где обнаружили их, и посмотрели, как это повлияет на результат. Выяснилось, что ген Gpr12, кодирующий рецептор Gpr12, оказывает существенное влияние на рабочую память. Его выключение в зоне медиального таламуса приводило к тому, что у мышей серьезно падала правильность выполнения задания с лабиринтом.

«Редко получается найти один конкретный ген, серьезно влияющий на когнитивные функции, такие как рабочая память, — отмечают авторы работы. — Но это случилось и это привело нас к обнаружению неожиданных механизмов, вовлеченных в рабочую память».

Используя антитела для обнаружения рецепторов Gpr12 (иммуногистохимия), ученые нашли их большое скопление в таламусе (медиальной дорсальной части), а также в слоях 2/3 и 5 коры полушарий. Оказалось, что практически половина нейронов таламуса содержит Gpr12. При этом подобные рецепторы расположены только на теле нейронов и на дендритах (часть нейрона, ответственная за получение информации).

Credit: Laboratory of Neural Dynamics and Cognition at The Rockefeller University


Оценив эту активность, ученые заметили, что мыши с большим количеством Gpr12 демонстрируют улучшенную синхронизацию активности нейронов таламуса и префронтальной коры. Это вполне может означать, что одна из функций Gpr12 – это обеспечивать совместную работу таламуса и коры при использовании рабочей памяти. При этом большую роль в процессе играет кальций.

«Мы показали, что мыши, демонстрирующие лучший результат в задаче на рабочую память, имеют больше рецептора Gpr12. Они способны сильнее синхронизировать фронтальную долю с таламусом», — прокомментировала этот результат Прия Раджасетупати (Pria Rajasethupathy), доцент Университета Рокфелера, ведущий автор исследования.

Credit: Laboratory of Neural Dynamics and Cognition at The Rockefeller University


Теперь становится понятным, что существует ген, играющий важную роль в функционировании рабочей памяти. Этот ген – Gpr12, который в большом количестве находится в таламусе. Проясняется и роль таламуса в рабочей памяти, особенно важность его синхронизированной активности с префронтальной корой. Этот факт открывает новые перспективы в терапии заболеваний, связанных с нарушениями рабочей памяти.

Графическое краткое изложение статьи. Credit: Laboratory of Neural Dynamics and Cognition at The Rockefeller University


Текст: Отставнов Никита

A Thalamic Orphan Receptor Drives Variability in Short-Term Memory. Hsiao, K., Noble, C., Pitman, W., Yadav, N., Kumar, S., Keele, G. R., … Rajasethupathy, P. (2020) Cell.

doi:10.1016/j.cell.2020.09.011

 

Один бокал вина меняет молекулярную структуру воспоминаний

Вопросов с алкогольными и прочими пагубными пристрастиями по-прежнему много. Один из них – а что, собственно, происходит в мозге на молекулярном уровне такого, из-за чего…

«Протез памяти» даёт надежду людям с нейродегенеративными заболеваниями

Учёные из США протестировали нейропротез для усиления памяти человека. Краткосрочная память пациентов при использовании этого устройства улучшилась на 35-37 процентов по сравнению с контрольной группой,…

Во время фазы быстрого сна воспоминания записываются с помощью молодых нейронов

Гиппокамп – область мозга, в которой формируются новые воспоминания, и для этого критически важны как медленная, так и быстрая фазы сна. Кроме того, эта одна…

Все карты памяти – в голове

Вы когда-нибудь задумывались, как именно мозг сохраняет воспоминания и структурирует их? Ученые смогли выяснить некоторые подробности этого процесса. Исследование опубликовано в издании Nature Neuroscience. Представьте ситуацию: ваши…

Герман Эббингауз: человек, «прокачавший» свою память

«А сейчас вы все забудете», — говорили Уилл Смитт и Томи Ли Джонс в серии фильмов о людях в черном, а затем запускали свой таинственный…

Глубокая стимуляция мозга влияет на память

Ученые из США провели эксперимент по глубокой стимуляции (DBS) задней поясной извилины у пациентов с эпилептическими припадками. Оказалось, что стимуляция в процессе запоминания слов приводила…

Жалобы на плохую память – предиктор деменции

Субъективные жалобы пациента относительно снижения памяти могут стать ранним проявлением стадии доклинической деменции. Исследование, проведенное в Центре здорового старения мозга (CheBA) в Сиднее, показало, что…

Генри Молисон. Жизнь, смерть и посмертное бытие человека без памяти

Для обычного человека вот уже 65 лет HM —  это Ee Величество Елизавета II, королева Великобритании и, номинально, еще пятнадцати стран с 1952 года. Однако…

Запоминать лучше босиком

Скоро сессия? Не запоминаются даты? Тогда снимай ботинки — и вперед, бегать босиком! Ведь согласно опубликованным в журнале Perceptual and Motor Skills учеными из Университета Северной Флориды исследованиям, такой необычный…

Интересный пациент: невозможная амнезия возможна

Зачастую мы забываем какие-то очевидные слова, вещи, но в то же время на зубок помним таблицу умножения. Но это происходит в здоровом мозге, а вот…

Как во сне улучшить память?

Исследователи HRL Laboratories опубликовали результаты, показывающие, что направленная транскраниальная электростимуляция во время медленного сна может улучшить метапамять определенных эпизодов почти на 20 процентов после лишь…

Как мозг перестраивает рабочую память с возрастом

Рабочая память – фундаментальная когнитивная функция, реализация которой во многом зависит от работы префронтальной коры. Исследователи из России, Канады и Сингапура провели мета-аналитический обзор фМРТ…

Как память возвращает нас в прошлое?

Представители одной из ведущих лабораторий мира по изучению памяти под руководством профессора Сусуму Тонегавы (Susumu Tonegawa), впервые обнаружившие энграммные клетки, сделали еще один шаг к…