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 пониманию механизмов памяти. Они выяснили, откуда берется весь тот ворох детальных воспоминаний, когда мы попадаем в условия, похожие на те, в которых нам было хорошо (или не очень). Результаты работы опубликованы в журнале Neuron.
На изображении представлен гиппокамп. Красным светятся энграммные клетки, на мембране которых находятся калиевые ионные каналы, помеченные флюоресцентным красителем. Credit: Pignatelli, Tonegawa, et al. / Neuron 2018
Предположим, вы приходите в ресторан, заказываете там какое-то блюдо и после первого кусочка, отправленного в рот, понимаете, что когда-то очень похожее готовила ваша бабушка (или мама). И вот в вашей памяти всплывают гаражи, из-за которых вы неслись домой на ужин, или речка в деревне, возле которой вы часто устраивали пикник, или же лицо друга детства, с которым вы мастерили очередную модель самолета, сидя на вашей кухне. Откуда все это взялось в вашей голове и почему было вызвано таким незначительным стимулом?
Как оказалось, подобная черта памяти напрямую связана с нашим умением приспосабливаться к условиям, усваивая новый опыт. Исследователи считают, что такие многоступенчатые эпизодические воспоминания помогают придерживаться оптимальной стратегии выживания.
Нейробиологи из Института по изучению рабочей памяти Пикауэра в Массачусетском технологическом институте несколько лет назад открыли, что каждое воспоминание кодируется в виде специфического рисунка активации энграммных нейронов в зубчатой извилине гиппокампа, и это формирует кратковременную память. Сейчас выяснилось, что на уровне нейробиологии феномен эпизодической памяти связан с повышенной возбудимостью сети энграмм, «ответственных» за контекст, который запоминают животные. Однако, это повышение длится ограниченное время.
Чтобы выяснить, насколько большое по времени окно «улучшенного запоминания», ученые помещали мышей в контейнер (условия А), били их током, затем возвращали группы животных в эти же условия через пять минут после воздействия, через три часа и на следующий день. В процессе экспериментов оказалось, что гипервозбудимость энграмм, которые записались в условиях А, сохраняется в течение часа, после чего клетки возвращаются на свой исходный физиологический уровень.
Исследователи пошли дальше и выяснили, что это обеспечивалось уменьшением количества «внутренних выпрямительных» каналов («inward rectifier» channels) для калия, что тормозило возвращение ионов к начальному балансу и поддерживало пониженный порог возбудимости мембраны (для лучшего понимания процессов читайте наши базовые статьи по потенциалу покоя и действия). Однако, если активировать синтез белка, формирующего эти ионные каналы, то гипервозбудимость не наступала.
Но мало изучить молекулярные механизмы – нужно понять, для чего они нужны и как влияют на поведение. С помощью серий дополнительных экспериментов исследователи смогли установить, что если с гипервозбудимостью энграммных клеток все в порядке, и крыс после обучения и повторного воздействия в течение часа после этого (то есть удара током в условиях А) помещать в тот же контейнер, но чуть измененный (условия АБ), то они лучше улавливают отличия. То есть они понимают, что находятся в несколько измененных условиях, а значит, им тут бояться нечего.
Напротив, животные, у которых дополнительной активации энграмм в течение часа не было, либо у которых запускался синтез белков калиевых ионных каналов, с опаской себя вели и в условиях АБ – то есть запоминание контекста ухудшалось.
Исследователи предполагают, что такая повышенная возбудимость энграммных клеток обостряет память к деталям, делая нейроны более чувствительными к более низким уровням входных сигналов от других нейронов. То есть в больших нейронных системах, которые объединяют память и поведение, они представляют собой реле, которые готовы воспринимать даже скудное количество информации.
«Кратковременная реактивация увеличивает будущие возможности распознавания определенных сигналов. Возбудимость энграммных клеток может иметь решающее значение для выживания, способствуя быстрому адаптивному поведению без постоянного изменения уже устоявшихся долгосрочных энграмм», – отмечают нейробиологи.
Текст: Анна Хоружая
Engram Cell Excitability State Determines the Efficacy of Memory Retrieval by Michele Pignatelli, Tomás J. Ryan, Dheeraj S. Roy, Lillian M. Smith, Shruti Muralidhar and Susumu Tonegawa in Neuron. Published online December 2018.
DOI:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2018.11.029
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…
Дебаты о пользе, вреде и безвредности различных психоактивных веществ в настоящее время вспыхнули с новой силой (одни только комментарии в социальных сетях под статьями нашего…
Когда мы рождаемся, наш мозг обладает большой гибкостью. Наличие такой гибкости для роста и изменения дает незрелому мозгу способность адаптироваться к новому опыту и организовать свою…
Исследователи выяснили, что люди с ранней стадией болезни Альцгеймера (в возрасте до 65 лет) не получают улучшений от глубокой стимуляции мозга – терапии, которая показала…
Многие люди грезят о том, чтобы поспать чуть дольше, чем обычно, так как чаще всего они спят гораздо меньше, чем рекомендуется для нормального самочувствия. При…
Гиппокамп, а точнее глубокие слои его серого вещества, в последнее время привлекают повышенное внимание исследователей: еще бы, ведь из-за роли в процессах обучения, запоминания и…
Часто ли вы, проснувшись утром, можете вспомнить то, что вам снилось? Статистика показывает, что нет. Но исследователи из Университета Аделаиды выяснили, что это можно исправить,…