Звёздочки в мозге помогают хранить воспоминания

Исследование, опубликованное в журнале Nature учёными из Медицинского колледжа Бэйлора, меняет наше представление о памяти. До сих пор память объяснялась активностью нейронов — клеток мозга, которые реагируют на события обучения и контролируют запоминание. Команда Бэйлора расширила эту теорию, показав, что другие типы клеток в мозге, называемые астроцитами — клетки в форме звезды — также хранят воспоминания и работают совместно с группами нейронов, энграммами, чтобы регулировать хранение и извлечение воспоминаний.

«До сих пор считалось, что в формировании и запоминании воспоминаний участвуют только энграммы нейронов, которые активируются под воздействием определённого опыта, удерживают и извлекают воспоминания», — говорит автор работы доктор Бенджамин Динен, профессор и заведующий кафедрой нейрохирургии имени Рассела Дж. и Мэриан К. Блаттнер.

«Наша лаборатория давно изучает астроциты и их взаимодействие с нейронами. Мы обнаружили, что эти клетки тесно взаимодействуют друг с другом как физически, так и функционально, и что это необходимо для правильной работы мозга. Однако роль астроцитов в хранении и извлечении воспоминаний ранее не изучалась», — говорит Динен.

Исследователи начали с разработки совершенно нового набора лабораторных инструментов для выявления и изучения активности астроцитов, связанных с мозговыми цепями памяти.

Типичный эксперимент состоял в том, что сначала мышей приучали испытывать страх и «замирать» при возникновении определённой ситуации. Когда через некоторое время мышей снова помещали в ту же ситуацию, они замирали, потому что помнили. Если тех же мышей поместить в другую ситуацию, они не замрут, потому что это не тот первоначальный контекст, в котором они были обучены испытывать страх.

«Работая с этими мышами и используя новые лабораторные инструменты, мы смогли показать, что астроциты действительно играют определённую роль в запоминании», — говорит соавтор исследования доктор Вукбонг Квон, постдокторант лаборатории Динена.

Исследователи показали, что во время обучения, например при обучении страху, подмножество астроцитов в мозге экспрессирует ген c-Fos. Астроциты, экспрессирующие c-Fos, впоследствии регулируют функцию цепи в этой области мозга.

«Астроциты, экспрессирующие c-Fos, физически близки с нейронами энграммы, — говорит соавтор исследования доктор Майкл Р. Уильямсон, постдокторант в лаборатории Динена. — Более того, мы обнаружили, что нейронные энграммы и физически связанный с ними ансамбль астроцитов также связаны функционально. Активация ансамбля астроцитов специфически стимулирует синаптическую активность или коммуникацию в соответствующем нейроне энграммы. Эта связь между астроцитами и нейронами осуществляется в обе стороны; астроциты и нейроны зависят друг от друга».

Когда мыши оказывались в ситуации, не связанной со страхом, они не замирали. «Однако когда ансамбль астроцитов у этих мышей в нестрашной обстановке активировался, животные замирали, показывая, что активация астроцитов стимулирует вспоминание памяти», — говорит Квон.

Чтобы лучше понять, что опосредует активность ансамблей астроцитов в процессе запоминания, исследователи изучили ген NFIA. «Наша лаборатория ранее показала, что астроцитарный ген NFIA может регулировать цепи памяти, но действует ли он в ансамблях астроцитов, чтобы оркестровать хранение и запоминание памяти, было неизвестно», — говорит Уильямсон.

Команда обнаружила, что в астроцитах, активизирующихся в процессе обучения, повышается уровень белка NFIA, а предотвращение выработки NFIA в этих астроцитах подавляет запоминание. Важно, что это подавление специфично для памяти.

«Когда мы удалили ген NFIA в астроцитах, которые были активны во время события обучения, животные не смогли вызвать конкретное воспоминание, связанное с событием обучения, но они смогли вспомнить другие воспоминания», — сказал Квон.

«Эти результаты говорят о роли астроцитов в памяти, — сказал Динен. — Ансамбли астроцитов, связанных с обучением, специфичны для данного события обучения. Ансамбли астроцитов, регулирующие воспоминания о пережитом страхе, отличаются от тех, которые участвуют в воспоминаниях о другом опыте обучения, как и ансамбль нейронов».

Текущее исследование даёт более полное представление о процессах, происходящих в мозге во время формирования и вспоминания памяти. Кроме того, исследование открывает новую перспективу при изучении состояний человека, связанных с потерей памяти, таких как болезнь Альцгеймера, а также состояний, при которых воспоминания возникают неоднократно и их трудно подавить, например посттравматического стрессового расстройства.