Вспомнить всё: как мыши вспоминали забытое при Альцгеймере

Куда деваются воспоминания при болезни Альцгеймера? Буквально за несколько лет при этой патологии человек может потерять не только картину прошлых событий, но и весь жизненный опыт вплоть до базовых навыков. Только вот согласно закону сохранения энергии ничто никуда просто так не девается, а лишь переходит из одного качества в другое. Вот и решили исследователи из Массачусетского технологического института выяснить, куда же исчезли беглецы. И оказалось, что все воспоминания всё равно хранятся в мозге, но к ним просто затруднился доступ.

2bc6f911c8096ed1b55975347c619475

Снимок коронарного среза зубчатой извилины гиппокампа в мышиной модели ранней болезни Альцгеймера, где зелёным свечением обозначены энграммные клетки памяти.

Источник: RIKEN


Нейробиологи из MIT опубликовали в журнале Nature исследование, в котором изучали механизмы потери и восстановления памяти при болезни Альцгеймера. Они обнаружили, что на ранних стадиях патологии новые воспоминания формируются точно так же, как и в норме, но вот через несколько дней вспомнить их уже не получается. Предполагая, что эти отголоски прошлого всё же не пропали бесследно, учёные смогли искусственно стимулировать их восстановление при помощи методов оптогенетики. Хотя этот способ пока не может использоваться на людях, результаты говорят о том, что такой способ стимуляции памяти претендует на очень даже неплохое место в терапии будущего для мнестических расстройств.

«Важно то, что мы доказали концепцию. То, что раньше казалось безвозвратно потерянным, нашлось на своём месте. Вопрос в другом: как теперь его оттуда извлечь?»

— задаётся вопросом Сусуму Тонегава (Susumu Tonegawa), директор Объединённого центра нейронной генетики RIKEN-MIT и Института наук о мозге в городе Рикен (Япония), нобелевский лауреат 1987 года за открытие генетического принципа образования разнообразия антител.

Провал в памяти

В последние годы лаборатория профессора Тонегавы нашла в гиппокампе клетки, в которых хранятся конкретные воспоминания. Исследователи также выяснили, что они могут манипулировать этими «следами памяти» или энграммами (клетки получили название энграммных), чтобы внедрить ложные воспоминания, активизировать существующие или изменить «вспоминательные» эмоциональные ассоциации.

В прошлом году Тонегава и его аспирант из MIT Дхерай Рой с коллегами обнаружили, что мыши с ретроградной амнезией, которая сопровождает травматическое повреждение или стресс, испытывали значительные трудности, чтобы что-то вспомнить впоследствии, но всё ещё могли легко запоминать в данный момент. Наблюдение навело учёных на мысль, что этот факт может подтвердиться и в ранних стадиях болезни Альцгеймера. А проверяли свои догадки они на двух группах генно-модифицированных мышей с симптомами заболевания, сравнивая их с контролем.

Мышей помещали в камеру, где они получали удар тока. Естественно, животные пугались, а затем испытывали страх, когда их клали туда снова через час. Однако, когда мыши опять попадали в эту камеру через несколько дней, то только здоровые помнили о том, как им здесь «доставалось». У больных же страх пропадал.

Как найти доступ?

Далее исследователи продемонстрировали, что если мышей определённым образом простимулировать, напомнив о недавнем опыте, то воспоминания «чудесным образом» возрождались. Как они это делали? Связанные со страхом энграммные клетки нормальных мышей после первого опыта учёные помечали светочувствительным белком — канальным родопсином, и всякий раз, когда клетки активировались световым импульсом, мыши начинали бояться. Аналогичным образом исследователи поступили с «альцеймерными» мышами, поместив их в камеру, где те никогда не были прежде, и посветив на их энграммные клетки с закодированными страшными воспоминаниями. Результат оказался почти очевидным: мыши снова испытали страх.

«Напрямую активируя клетки, которые считаются хранителями памяти,  мы восстанавливаем утраченные переживания. Это говорит о том, что проблема действительно в доступе к информации, а не в том, что воспоминаний больше нет»,

— замечает Рой.

Исследователи также увидели, что энграммные клетки альцгеймерных мышей содержали меньше дендритных шипиков, небольших выступов на поверхности дендрита, позволяющих нейронам получать входящие сигналы от других нервных клеток.

Обычно, когда формируется новое воспоминание, то клетки, соответствующие ему, отращивают новые дендритные шипики, чего не происходит у генно-модифицированных мышей. Такой инцидент  говорит о том, что эти самые «запоминающие» клетки не получают естественные сенсорные сигналы, которые должны реактивировать память, от другой части мозга, так называемой энторинальной коры.

«Если мы хотим что-то вспомнить, наши «клетки-формуляры» должны активироваться с помощью правильной метки. Но если плотность дендритных шипиков не росла во время образовательного процесса, то позже, если вы подадите естественный сигнал, он может не достичь ядра энграммных клеток»,

— объясняет Тонегава.

Долгосрочные связи

Это всё, конечно, хорошо, но вспомнив единожды, хочется ведь потом больше не забывать. Так вот, исследователи подобрали решение и к такой проблеме. Они смогли реанимировать «потерянные» воспоминания надолго, активизировав образование новых связей между энториальной корой и гиппокампом.

Чтобы добиться этого, они оптогенетически стимулировали клетки энторинальной коры, которая «подпитывает» энграммные клетки гиппокампа, кодирующие воспоминания о страхе. После трёх часов эксперимента исследователи запаслись терпением и протестировали мышей снова лишь через неделю. Какова же была радость у команды, когда мыши смогли «вспомнить всё» в первоначальной камере «пыток». И, как и ожидалось, на их клетках памяти обнаруживалось гораздо больше дендритных шипиков.

Однако, этот подход не сработает, если будет стимулироваться слишком большая часть энторинальной коры, поэтому исследователи предполагают, что любая подобная потенциально возможная процедура для больных людей должна проводиться крайне точечно. Оптогенетический способ очень точный, но слишком агрессивный для использования человеком. А существующие сейчас методы глубокой стимуляции мозга — разновидности электростимуляции, которые иногда используются для лечения болезни Паркинсона и других заболеваний — оказывают на мозг слишком широкое действие.

«Вполне возможно, что в будущем появится технология, которая сможет адресно и с большей точностью активировать или инактивировать глубоко расположенные внутри мозга клетки гиппокампа или энторинальной коры. Наше фундаментальное исследование говорит о том, что на особые клеточные популяции можно оказывать целенаправленное действие, которое будет иметь ключевое значение для лечения или различных технологий будущего»,

— говорит Тонегава.

 

Текст: Алексей Паевский

 

Memory retrieval by activating engram cells in mouse models of early Alzheimer’s disease

Dheeraj S. Roy, Autumn Arons, Teryn I. Mitchell, Michele Pignatelli, Tomás J. Ryan&Susumu Tonegawa

Nature, 531, 508–512 (24 March 2016) doi:10.1038/nature17172

 

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

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *