Новая концепция памяти: сначала энграммы, а потом синапсы

Два года назад нейроучёные MIT обнаружили, что при определённых типах ретроградной амнезии воспоминания о конкретном событии сохраняются в мозге в энграммных клетках, даже если память не получается восстановить с помощью естественных «позывных». Это явление предполагает пересмотр существующих моделей формирования памяти, что и предлагают исследователи в новой статье, в которой они подробно описывают то, как «тихие энграммы» формируются и повторно активируются.

Зелёным цветом выделены CA1 энграммные клетки гиппокампа, которые оптогенетически активированы светом. Синие – все остальные нейроны. Источник: Dheeraj Roy, Tonegawa Lab/MIT

Обычно считается, что процессы обучения и запоминания состоят из трёх основных этапов: кодирования событий в сетях мозга, хранения закодированной информации и последующего её извлечения, когда это необходимо. Но оказалось, что это немного не так.

«Один из основных выводов этой работы заключается в том, что конкретная память хранится в определённой структурной связности между ансамблями энграммных клеток, которые лежат вдоль определённого анатомического пути. Этот вывод провокационный, потому что существующая догма предполагает, что память вместо этого сохраняется с помощью синапсов», — говорит Сусуму Тонегава (Susumu Tonegawa), профессор биологии и нейронаук, директор Центра генетики нейронных сетей RIKEN-MIT в Институте обучения и памяти Пикауэра, старший автор исследования.

Исследователи также показали, что, несмотря на то что воспоминания, хранящиеся в тихих энграммах, нельзя вызвать естественным образом, они сохраняются в течение по крайней мере недели и могут быть «пробуждены» через несколько дней с помощью обработки клеток белком, который стимулирует образование синапсов.

Красным цветом обозначены энграммные клетки зубчатой извилины гиппокампа, синим – все остальные. Источник: Dheeraj Roy, Tonegawa Lab/MIT

Скрытые воспоминания

В статье 2015 года Тонегава и его коллеги впервые показали, что воспоминания могут сохраняться даже тогда, когда блокируется синтез клеточных белков. Они обнаружили, что их можно искусственно извлечь с использованием оптогенетической техники.

Исследователи назвали эти ячейки памяти «тихими энграммами» и с тех пор обнаружили, что они также могут сформироваться и при различных нейродегенеративных заболеваниях типа болезни Альцгеймера. Работая с её мышиной моделью, учёные доказали: воспоминания остаются, только к ним теряется доступ, который в принципе можно восстановить.

На более позднем этапе изучения процесса, называемого системной консолидацией памяти, исследователи обнаружили энграммы как в гиппокампе, так и в префронтальной коре, которые кодировали одну и ту же память. Однако соответствующие участки префронтальной коры «молчали» примерно две недели после того, как память первоначально записалась, но при этом участки гиппокампа активировались сразу. Со временем всё становилось наоборот, и замолкали участки гиппокампа.

Ансамбли памяти

В новом исследовании, опубликованном в PNAS, авторы продвинулись ещё дальше в том, как формируются эти тихие энграммы, как долго они держатся и как их можно обратно активировать.

Увеличенное изображение демонстрирует гиппокампальные CA3 энграммные клетки памяти (красный). Через один день после конкретного обучения память тестируется, и характерные для этого CA3 клетки активируются и светятся зелёным цветом. В клетках СА3, жёлтых по перекрытию, во время вспоминания произошла реактивация памяти. Источник: Dheeraj Roy, Tonegawa Lab/MIT

Подобно их первому исследованию 2015 года они обучали мышей помнить, в какой клетке они испытывали шоковую реакцию. Сразу после тренировки ингибировался синтез клеточных белков, и мыши таким образом забывали о полученном опыте. Но когда под воздействием света клетки памяти активировались (а всем животным предварительно в мембраны нейронов встраивался светочувствительный белок), мыши замирали в страхе даже в нейтральном месте. Оказалось, что эти воспоминания можно восстанавливать на протяжении восьми дней после первоначального обучения.

Этими результатами поддержалась гипотеза Тонегавы о том, что усиление синаптических соединений, необходимое для первоначальной кодировки памяти, не является необходимым для последующего длительного хранения. Вместо этого он говорит, что память хранится в конкретном шаблоне соединений, образованных между ансамблями энграммных клеток. Эти соединения, которые очень быстро формируются при кодировании, отличаются от синаптического усиления, которое происходит позже (в течение нескольких часов после события) с помощью синтеза необходимых белков.

Задний гиппокамп получает пространственную и временную информацию из области мозга, находящейся чуть выше и известной как медиальная энторинальная кора (MEC). Зелёным окрашены энграммные клетки этой зоны, которые хранят долговременную память о страхе и обладают светочувствительным белком channelrhodopsin-2. Источник: Dheeraj Roy, Tonegawa Lab/MIT

Это поставило вопрос о том, зачем тогда после кодирования синтезируются белки. Учитывая, что тихие энграммы не извлекаются естественным путём, исследователи полагают, что основная цель белкового производства – обеспечить возможность естественной реакции на вызовы, чтобы память работала максимально эффективно.

Текст: Анна Хоружая

Silent memory engrams as the basis for retrograde amnesia by Dheeraj S. Roy, Shruti Muralidhar, Lillian M. Smith, and Susumu Tonegawa in PNAS. Рublished 2017

doi: 10.1073/pnas.1714248114

Источник: neuronovosti.ru

Комментарии: