Создавая воспоминания
Новая линия генетически модифицированных мышей позволила ученым исследовательского института Скриппса, работающим под руководством доктора Марка Мэйфорда (Mark Mayford), выявить клеточные контакты, формирующиеся в процессе запоминания. Отслеживая белок, меченый флуоресцирующей зеленым меткой, в процессе его перемещения по отдельным нейронам, из тела клетки вдоль ответвляющихся от нее дендритов, ученые впервые смогли точно определить, какие типы синапсов участвуют в процессе обучения животных боязни электрического тока.
Нейробиологи придерживаются мнения, что в процессе запоминания, в ответ на воздействие определенных стимулов, происходит усиление отдельных синаптических контактов. Наиболее вероятно, что это усиление является результатом миграции в зону синапса определенных белков, происходящей в строго определенной последовательности. Однако что это за белки и каким образом осуществляется их перемещение, до сих пор неизвестно.
Первым «отслеженным» белком стал рецептор к глутамату – нейротрансмиттеру, роль которого в процессе запоминания установлена ранее. Для этого ученые создали линию мышей, в организме которых в строго специфичных управляемых условиях глутаматный рецептор начинает испускать зеленое свечение.
Этих мышей приучали ожидать воздействия на лапки электрического тока при помещении в определенный контейнер. По словам Мэйфорда, формирующийся в результате страх является очень устойчивой долговременной памятью. Предположительно, нейроны, активирующиеся в процессе развития боязни бьющего током контейнера, ответственны за формирование условного рефлекса отвращения.
Флуоресцирующий рецептор был модифицирован таким образом, что нейроны начинали синтезировать его только при переходе в активное состояние. Это позволило авторам идентифицировать нервные клетки, участвующие в формировании памяти.
На срезах гиппокампов мышей, полученных через 1, 2 и 6 часов после знакомства животных с электрическим током,
видно, как рецепторы к глутамату (зеленые точки) мигрируют по дендритам. Тела нейронов показаны голубым цветом.
Кроме того, ученые могли полностью отключить систему синтеза флуоресцирующего белка с помощью препарата доксициклина. В течение всей жизни в рацион мышей добавляли доксициклин, делая перерыв только на период эксперимента. Таким образом, меченый белок синтезировался исключительно в период формирования определенного воспоминания.
Изучение срезов ткани мозга, сделанных в разные моменты времени от начала эксперимента, позволило авторам проследить за миграцией глутаматных рецепторов от места синтеза в регион мозга гиппокамп. Синтезируемый в ядрах задействованных нейронов белок путешествовал по мелким ветвящимся отросткам клеток – дендритам – и в итоге оседал в достаточно удаленных синапсах.
Синапсы бывают нескольких типов, в зависимости от формы формирующих их отростков: тонких, толстых или грибовидных. Интересен тот факт, что глутаматные рецепторы преимущественно накапливался в синапсах одного типа, сформированных грибовидными отростками нейронов (при таком увеличении, как на приведенных выше снимках, отдельные синапсы, к сожалению, не видны).
Этот факт свидетельствует о том, что, по крайне мере, в процессе формирования связанной со страхом памяти участвует специализированная система, направляющая перемещение синаптических белков в определенные клетки. Однако пока неизвестно, какие молекулы в этом задействованы.
Еще одной загадкой является то, что меченый рецептор исчезает из синапсов в течение 72 часов, в то время как воспоминание сохраняется гораздо дольше. В формировании и поддержании памяти, несомненно, участвуют также другие белки и регионы мозга. Очевидно, гиппокамп не является окончательным местом сохранения информации о боязни определенного фактора. Авторы предполагают, что он сохраняет информацию о «месте» воспоминания, в данном случае – контейнере, в котором проводилось «обучение». А роль сохранения боязни удара тока выполняет так называемое миндалевидное тело.
В рамках более ранних экспериментов по изучению активности миндалевидного тела на этой же линии мышей авторы установили, что активация одних и тех же нейронов происходит как при формировании фрагмента памяти, так и при возвращении к нему. В ближайшем будущем они планируют применить новый более точный подход к изучению формирования памяти в миндалевидном теле.
Еще одной идеей является использование новой методики для выяснения точной структуры памяти, формирующей в гиппокампе, в частности – воспоминания о бьющемся током контейнере. Мэйфорд планирует выяснить, можно ли научить бояться контейнера мышь, которую сажали в контейнер, но не подвергали ударам тока внутри его. Для этого он собирается активизировать нейроны гиппокампа, хранящие память о контейнере, после чего подвергнуть животное воздействию тока.
Если этот эксперимент увенчается успехом, его результаты помогут объяснить механизм, с помощью которого контейнер отображается в мозге мыши, и приблизить ученых к решению одного из основных вопросов нейробиологии: каким образом мозг отображает внешнюю окружающую среду.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru по материалам TechnologyReview
26.02.2008