У мышей восстановили стертые лишением сна воспоминания

Нидерландским и американским исследователям удалось несколькими способами восстановить у мышей воспоминания о предметах и их местоположении, стертые длительным лишением сна. Так они выяснили, что информация, полученная в подобных условиях, не теряется, а лишь неправильно хранится, и ее можно извлечь. Статья об этом опубликована в журнале Current Biology.

Недосып чрезвычайно распространен в современном обществе, затрагивает людей всех возрастов и влияет на многие физические и психические функции. Депривация сна после получения новой информации нарушает ее обработку и консолидацию гиппокампом, что может приводить к амнезии. За это явление отвечают взаимосвязанные процессы на молекулярном и клеточном уровне. Недостаток сна снижает уровень вторичного посредника циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) и связанной с ним протеинкиназы А (ПКА), что ослабляет долговременную потенциацию в нейронах гиппокампа. Это, в свою очередь, снижает общее число дендритных шипиков в участке CA1 и зубчатой извилине. Кроме того, в нейронах этой мозговой структуры уменьшается mTORC1-зависимый синтез белка. Сумма этих изменений сказывается на синаптической пластичности в гиппокампе и по меньшей мере отчасти лежит в основе когнитивных нарушений при депривации сна. Обратимы ли такие нарушения, и если да, то как и в какой степени, до сих пор было мало известно.

Чтобы разобраться в этом, сотрудники Гронингенского и Бостонского университетов под руководством Робберта Хавекеса (Robbert Havekes) билатерально внедрили в нейроны зубчатой извилины живых мышей оптогенетическую платформу из аденоассоциированного вектора; промотора, специфичного к фактору транскрипции c-Fos (его экспрессия служит маркером возбуждения нервных клеток); светочувствительного канального родопсина 2 и флуоресцентного красителя mCherry, а также с управляющим элементом, чувствительным к доксициклину. Благодаря этому экспрессия платформы происходит только тогда, когда нейроны возбуждаются в отсутствие этого препарата.

Подготовленных таким образом мышей подвергали тесту на память о предметах и их расположении, в ходе которого животное помещают в вольер с несколькими предметами, дают их изучить, извлекают, а затем через сутки помещают снова, предварительно поменяв некоторые предметы местами. Перемещенные предметы вызывают больший интерес, их запоминание зависит от гиппокампа и нарушается при депривации сна. После этапа обучения мышам в течение первых шести часов светового цикла не давали заснуть. Чтобы вызвать экспрессию оптогенетической платформы именно в тех нейронах, которые были задействованы в запоминании, животным прекращали добавлять в пищу доксициклин за сутки до обучения и возобновляли сразу после него.

Без отмены доксициклина при лазерной стимуляции зубчатых извилин (контрольный эксперимент) мыши, как обычно, проваливали тест после депривации сна и справлялись с ним в ее отсутствие. Оптогенетическая активация помеченных отменой препарата нейронов, задействованных в запоминании, позволяла мышам вспомнить предметы на своих местах, причем этот эффект удавалось воспроизвести при повторении лазерной стимуляции через пять и восемь дней после обучения.

Доказав таким образом, что подавленные депривацией сна воспоминания воспоизводимы в принципе, исследователи занялись поиском неинвазивного способа это сделать с потенциалом клинического применения. Для этого они воспользовались ингибитором фосфодиэстеразы 4 типа рофлумиластом. Этот препарат, повышающий уровень цАМФ в клетках, одобрен к применению при хронической обструктивной болезни легких и, как показали эксперименты, может улучшать некоторые виды памяти. В тесте на запоминание предметов и их местоположения мышам через сутки после обучения с последующей шестичасовой депривацией сна внутрибрюшинно вводили 0,03 миллиграмма рофлумиласта на килограмм массы тела или плацебо. Реакцию на предметы проверяли спустя полчаса и убедились, что после инъекции активного препарата мыши справляются с тестом не хуже, чем выспавшиеся.

Дополнительные эксперименты показали, что сочетанное применение оптогенетической активации и рофлумиласта позволяет значительно продлить и закрепить эффективность воспроизведения воспоминаний, консолидированных в условиях принудительного лишения сна.

Депривация сна производит многообразные нейробилогические эффекты, которые не ограничиваются нарушениями памяти. Еще в 1960-х годах немецкий психиатр Вальтер Шульте сообщил, что это состояние может кратковременно улучшать настроение у пациентов с депрессией. Последующие исследования указали на возможную роль нейромедиатора серотонина в этом феномене. Подробно об этом рассказывает материал «Ни сна, ни отдыха измученной душе».