Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 193: забывание может зависеть от уровня дофамина

Совсем недавно в журнале Nature вышла статья о временном забывании и его химических причинах. Ученые выяснили, что нейромедиатор дофамин, связанный с удовольствием, привязанностью и движением, может оказывать влияние и на забывание, регулируя активность наших нейронов. В том числе в тот самый момент, когда слово крутится на языке, но вы не можете его вспомнить.

Credit: public domain

Временное забывание испытывает каждый из нас. Все мы оказывались хотя бы единожды в ситуации, когда мы входим в комнату и забываем, зачем пришли. Каждый сталкивался с феноменом «на кончике языка», когда усиленно пытался вспомнить какое-то слово на букву «с», и лишь спустя время в голове всплывает нужное слово, например, «молоко». Этот феномен показывает, что у человека есть не только память как когнитивная функция, но еще и память на память (метапамять). Мы точно знаем, что что-то забыли.

Обычно люди склонны относить такие ситуации к «проблемам головы», описываем их как «старость – не радость». Но на самом деле, они лишь демонстрируют нормальную работу нашего мозга, который ежедневно запоминает тонны нужной информации и забывает еще больше ненужной. Мозг постоянно фильтрует информацию, разделяя ее на то, что нам понадобится в жизни, что не понадобится в конкретный момент или в целом. Но науке неизвестно, как именно мозг это делает: какие химические и физиологические процессы отвечают за такое временное забывание.

Первые попытки изучить процессы забывания предприняли ученые из Флориды под руководством профессора Рона Девиса (Ron Davis). В 2012 году его группа обнаружила механизмы постоянного забывания и убедилась в том, что это непрерывный и активный процесс, который, очевидно, необходим здоровому мозгу.

«Вы только представьте себе, что вашему мозгу приходится запоминать 1000 воспоминаний ежедневно. Даже больше. Но у мозга нет достаточных мощностей, чтобы кодировать все. Поэтому необходим и обратный процесс – забывание ненужной информации, которая никак не помогает нашему ежедневному выживанию», — комментировал то исследование профессор.

В эксперименте из нынешней работы описывается временное забывание, изучаемое на дрозофилах. Эти небольшие насекомые с относительно простой нервной системой – излюбленная экспериментальная модель нейробиологов и нейрогенетиков.

Аналогия между нервной системой дрозофилы и человека. Credit: twimg.com

Ученые обучали дрозофил ассоциировать определенный запах с ударом тока. Другими словами, они пытались сформировать у насекомых условный рефлекс, как это делал 100 лет назад отечественный ученый Иван Павлов. Затем группа Рона Девиса создавала ситуацию, при которой связь «запах – удар тока» должна была проявиться, но в момент появления запаха также ученые внезапно добавляли еще один отвлекающий стимул: вспышку голубого света или сильный ветер. Разумеется, отвлекающий стимул заставлял насекомое как-то отреагировать, в результате чего дрозофила забывала на некоторое время об ассоциации «запах – удар». При том более сильная отвлекающая стимуляция приводила к более длительному периоду забывания.

Биохимическая часть эксперимента показала, что у дрозофилы оказалась единственная пара нейронов (PPL1-α2α’2) в грибовидном теле, которая активировалась при временном забывании. Эти нейроны выделяли дофамин. При этом дофамин других нейронов никак не влиял на забывание.

Грибовидное тело – это парная структура в мозге насекомых, состоящая из шляпок (тел нейронов) и связывающих их с другими частями ЦНС аксонами (ножками). Считается, что в грибовидном теле насекомых происходит интеграция разной сенсорной информации, в результате чего у насекомых появляются ассоциации (например, «запах — удар током»). Эта же зона активируется при ассоциативной и пространственной памяти, при фильтрации и даже моторном контроле. Ученые считают эти нейроны своеобразным аналогом коры головного мозга человека.

Грибовидные тела в нервной системе дрозофилы. Credit:twimg.com

Если искусственно активировать пару нейронов грибовидного тела, которые выделяют дофамин, то их действие никак не повлияет на долговременную память. Дрозофила все равно запомнит, что запах ассоциируется с опасностью. Но при этом в конкретный момент времени она не сможет воспользоваться этим знанием. След памяти будет на некоторое время недоступен.

Дофамин таких нейронов оказывает влияние на рецепторы нейронов-мишеней, которые называются DAMB-рецепторы (тип D1). Из ряда других исследований известно, что они связаны с обучением насекомых.

Получается, что если отвлечь насекомое перед воспроизведением ассоциации «запах – удар», происходит выработка дофамина и активация DAMB-рецептора в строго определенных нейронах грибовидного тела. Таким образом, эти нейроны представляют собой единый нейронный контур,отвечающий за временное забывание. При этом его активация никак не влияет на долговременную память.

Микрофотография мозга одной из исследуемых дрозофил, где видна активация конкретных нейронов и выделяемый дофамин. Credit: Davis, R.L. et al. / Nature 2021

Также оказалось, что через некоторое время дрозофилы вспоминали о связи «запах – удар». При этом их поведенческий ответ был еще более сильным, чем в момент обучения.

«Можем ли мы лучше вспомнить что-либо, если это воспоминание было временно подавлено? Никто не знает. Мы по сути нашли, что в мозге есть некий резерв памяти, который в определенный момент времени блокирован и не может использоваться», — говорят авторы.

Ученые показали, что временное забывание, с которым может столкнуться каждый из нас, связано не с тем, что в голове что-то ломается с возрастом, не со слабоумием, но с более важными для мозга процессами. Забывание – активный и необходимый процесс, который имеет свою биологическую основу.

«Теперь мы знаем, что в мозге есть специальный рецептор, который получает через дофамин сигнал к временному забыванию. Что происходит дальше в клетке или с соседними нейронами  — вот этого мы пока не знаем. Изучить весь механизм временного забывания — вот наша будущая цель», — подводит итог эксперимента Рон Девис.

Текст: Никита Отставнов

Dopamine-based mechanism for transient forgetting. Nature(2021). Sabandal, J.M., Berry, J.A. & Davis, R.L. Nature 2021. https://doi.org/10.1038/s41586-020-03154-y