Нервные клетки общаются друг с другом мгновенными электрическими импульсами, при этом как-то ухитряясь годами удерживать информацию, которую они некогда получили. Считается, что работа нервных клеток сводится не только к мимолётным импульсам, что есть ещё какие-то процессы, создающие и поддерживающие длительные изменения. Но если мы говорим о «длительных изменениях», то это почти всегда приводит нас к ДНК и обслуживающему её аппарату.

Дендритный шипик — место формирования синапса возбуждения на нейронном отростке-дендрите. (Фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc..)То, что деятельность нейронов отражается на их ДНК, косвенным образом подтверждается тем, что у нейронов после проведения того или иного сигнала усиливаются или ослабляются синапсы с другими клетками. Известно также, что у нейронов могут происходить долговременные изменения в активности генов, причём они зависят от местоположения клетки. Исследователям из Университета Алабамы в Бирмингеме (США) удалось обнаружить, с чем связаны некоторые из изменений, сопровождающих запись положительных воспоминаний.

В действительности команда Дэвида Суитта проверяла известную гипотезу о том, что формирование долговременной памяти подключает эпигенетические механизмы, которые ведут к модификациям ДНК клетки. Эпигенетические модификации влияют на доступ белков к ДНК, и они могут касаться либо белков-гистонов, упаковывающих ДНК, либо самой нуклеиновой кислоты. Ряд работ свидетельствовал в пользу того, что для долговременной памяти необходимо метилирование ДНК — присоединение к нуклеиновой кислоте метильной группы. И вот было решено проверить это напрямую. 

Для этого мышей учили узнавать определённый звук, после которого животные получали порцию сладкого. Это довольно стандартный опыт, и давно уже известно, какие области мозга отвечают за такую ассоциацию, а также то, какие гены нужны для запоминания связи того и другого. В журнале Nature Neuroscience авторы пишут, что изменения в активности этих генов действительно начинались тогда, когда животные выучивали, что за звуком следует угощение. Более того, удалось увидеть, как и в каких участках меняется метилирование ДНК, кодирующей эти гены, и как с этой ДНК взаимодействует фермент, отвечающий за метилирование: он начинал работать опять-таки как раз к тому моменту, когда мыши более-менее запоминали то, что нужно. 

Когда исследователи вводили животным вещества, блокирующие метилирование в этом месте, то старая память у мышей оставалась нетронутой, однако ничего нового они запомнить надолго уже не могли. Если модификациям ДНК ставили блок в другом месте, то на запоминание «звука с сахаром» это никак не влияло.

Иными словами, животным (да и нам, скорее всего) для памяти действительно нужны эпигенетические «резцы», которые эту память «прорезали» бы ещё и на молекулярном уровне, уровне ДНК. 

Нет нужды говорить, какое нейротехнологическое будущее открывается перед нами благодаря подобным исследованиям. Однако вопросов тут пока что больше, чем ответов. Например, авторы в данном случае имели дело с положительной ассоциацией — и хотелось бы знать, какой механизм работает при отрицательных ассоциациях, связанных со страхом, отторжением и т. п.

Во-вторых, предстоит ещё выяснить, как эпигенетические молекулярные танцы взаимодействуют с электрохимическими импульсами и как эпигенетическим модификациям удаётся на покидать строго очерченной зоны коры мозга.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Нейроны не могут самостоятельно оформить текущие переживания в долгую память. На помощь им приходят астроциты, которые снабжают нейроны дополнительным источником энергии.

Нейроны головного мозгаНейрофизиологи прояснили важный этап формирования в мозге долговременной памяти. Оказывается, чтобы информация о событии перешла из кратковременного отпечатка в длительное хранилище, нейронам необходим лактат – соль молочной кислоты. А получают его нейроны из соседних глиальных клеток, которые за свою звездообразную форму получили название астроцитов. Долгое время считали, что их единственная роль состоит в поддержании формы мозговой ткани, создании окружающей среды для нейронов. Потом узнали, что они играют важную роль в метаболизме нервных клеток. А в последнее время стало понятно, что астроциты участвуют в информационных процессах мозга.

Доказательство на крысах

Кристина Альберини (Cristina Alberini) и ее коллеги из медицинского факультета (Mount Sinai School of Medicine) Нью-Йорского университета показали на крысах роль лактата в памяти. Лабораторных грызунов обучали избегать камеры: в ней животные получали разряд электрического тока через решетчатый пол. Известно, что память об опасной камере хранится в мозге в течение нескольких недель, и крыса избегает заходить в помещение.

Ученые показали, что через некоторое время после обучения в пространстве вокруг нейронов гиппокампа крысы почти в два раза возрастает содержание лактата. Для этого биологи использовали метод прижизненного микродиализа (в область гиппокампа вживляют миниатюрную стеклянную канюлю и периодически исследуют ее содержимое).

Без лактата память короткая

Лактат поступает в нейроны из астроцитов, в которых он образуется как продукт расщепления гликогена. Это анаэробный (бескислородный) путь получения энергии. Он хорошо знаком людям, которые связаны с физическим трудом, а также спортсменам. Недостаток кислорода в крови приводит к избытку в мышечной ткани молочной кислоты, что вызывает порой довольно сильную боль.

Через клеточную мембрану лактат проходит с помощью специальных транспортных белков. В нейронах лактат служит источником энергии, окисляясь до пирувата.

Если перекрыть транспорт лактата из астроцитов в нейроны, то у крыс развивается амнезия. Чтобы подтвердить это экспериментально, ученые или блокировали расщепление гликогена, или удаляли из игры белки-транспортеры. Сразу после обучения крысы помнили об опасной камере, а через сутки – забывали. Следовательно, кратковременная память от блокировки не страдает, но в долговременную форму не переходит. Амнезия обратима: если лактат ввести непосредственно в мозг, то крысы вспоминают про опасность и избегают камеры с током. Интересно, что «кормление» нейронов глюкозой или другими источниками энергии к такому впечатляющему эффекту, как «кормление» их лактатом, не приводит.

Кратковременная и долговременная память различаются по своим механизмам, пишут авторы статьи в журнале Cell. Первая обеспечивается уже синтезированными белками и не требует специальной работы генов. А для долговременной памяти нужна активация сначала группы ранних генов, затем поздних генов и, в конечном счете, синтез новых белков. Все это требуется для изменения работы синапсов. В общем, долговременная память — очень энергозатратный процесс.

Средство для усиления синапсов

Измеряя электрическую активность нейронов гиппокампа, ученые обнаружили, что лишение клеток лактата делает невозможным так называемую длительную потенциацию – усиление синаптической передачи. По общепринятому мнению, именно усиление лежит в основе синаптической пластичности и долговременной памяти. Перестройка синапсов происходит только в присутствии лактата. Конечно, клеткам мозга необходимы кислород и глюкоза (на изменении потребления того и другого основаны современные методы функционального сканирования мозга). Но чтобы память закрепилась надолго, этого недостаточно, нужен еще и лактат. Кстати, ученые предполагают, что лактат используется не только как источник энергии, но и для координации нейронов и астроцитов между собой.

«Это неизвестный ранее механизм формирования долговременной памяти», — говорит Кристина Альберини. Она подчеркивает, что долговременная память – результат согласованной работы нейронов, астроцитов, а, возможно, и других клеток нервной ткани. Открытие важно не только для понимания работы мозга, но и для борьбы с нейродегенеративными заболеваниями и с возрастным ослаблением памяти. Ученые предполагают, что снижение лактатного транспорта – один из факторов, ведущих к гибели нейронов. Открывается новый путь для поиска лекарств. Впрочем, тропинка узкая — избыток лактата в мозге также ведет к патологии.

Источник: Infox.ru

Сон необходим человеку для консолидации памяти, сортировки впечатлений, полученных во время бодрствования, и записи их в долговременные нейронные цепи. Ведущую роль в этом играют три раздела мозга: неокортекс, энторинальная кора и гиппокамп.

Нейрон энторинальной коры (фото mikeeconomo)Во время сна эти зоны начинают интенсивный диалог, и, как считается, именно в этот момент происходит запись долговременной памяти. Причём ведущую роль в консолидации памяти отводили неокортексу и гиппокампу. Однако детали этого обмена информацией долгое время ускользали от учёных.

Нейрофизиологи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) сумели записать одновременную активность нейронов всех трёх вышеупомянутых участков мозга, что и позволило представить процесс обработки информации хотя бы в общих чертах.

Известно, что бóльшую часть сна неокортекс проводит в медленноволновой активности, периодически переходя из активного состояния в пассивное и обратно. На деятельность неокортекса реагирует энторинальная кора. Её можно разделить на внешнюю и внутреннюю. Так вот, по словам исследователей, внешняя часть полностью повторяет действия неокортекса: когда новая кора работала, активизировалась и внешняя часть энторинальной коры. Необычным было другое: когда неокортекс замолкал, тут же просыпалась внутренняя область энторинальной коры, как будто повторяя только что «сказанное» неокортексом. При этом активные нейроны внутренней части энторинальной коры побуждали к работе и гиппокамп. И наоборот: когда начинал активничать неокортекс, гиппокамп замолкал. То есть во время сна (а эксперименты ставились на спящих мышах) три зоны мозга, отвечающие за память, находятся в сложном диалоге, последовательность реплик в котором мы теперь немного представляем.

Странность полученных результатов состоит в том, что, как полагали ранее, энторинальная кора занимается исключительно кратковременной памятью. То есть она держит «в уме» только что полученный стимул. Например, если мы идём от одного человека с поручением к другому, то это поручение держится в энторинальной коре. Однако, как пишут исследователи в журнале Nature Neuroscience, эта зона кратковременной памяти активизировалась не только во сне, но даже под анестезией, когда никакие внешние стимулы до мозга уж точно не доходят. То есть в деле записи долговременной памяти энторинальная кора — полноправный участник.

Кроме того, как опять же считалось, в этом процессе ведущая роль принадлежит гиппокампу, который управляет активностью неокортекса. В действительности же всё, по-видимому, выглядит с точностью до наоборот: неокортекс дирижирует двумя другими партнёрами, которые подстраиваются под его ритмы и выслушивают его реплики, чтобы потом повторить.

Тут следует заметить, что есть клинические данные, которые подтверждают полученные результаты, хотя бы и косвенно. Например, болезнь Альцгеймера начинается с энторинальной коры, а её первые симптомы — нарушение именно долговременной памяти и сна. Полученные результаты, несомненно, имеют большое фундаментальное значение, но можно ли применить их к лечению расстройств памяти, исследователи пока сказать не могут.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА