Используя сложную систему визуализации мозга, неврологи из Медицинского центра Джона Хопкинса утверждают, что им удалось успешно активировать определенную схему памяти у мышей, заставляя их искать убежище, когда его на самом деле нет. Исследование, опубликованное в журнале Nature Neuroscience, углубляет понимание того, как структурируются воспоминания в мозге млекопитающих. Полученные результаты могут указать на новые способы замедления или предотвращения потери памяти, сопровождающей болезнь Альцгеймера и другие нейродегенеративные заболевания, сообщается на сайте EurekAlert!.
В частности, команда обнаружила, что стимуляция нейронов в двух областях мозга мышей – ядре аккумбенса, известном как «центр удовольствия», отвечающем за дофамин-зависимое поведение, и дорсальном околоводопроводном сером веществе (ДОСВ), отвечающем за защитное поведение, – реактивировала «пространственную память» и заставляла мышей искать укрытие.
«Искусственная активация цепей памяти в мозге заставляет мышь делать то же самое, что она делала в естественных условиях, даже без стимулов страха, которые заставляют ее искать убежище», – говорит старший автор работы Хёнбэ Квон, доцент кафедры неврологии в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса.
По словам ученых, их целью было выяснить, какие участки мозга отвечают за ориентацию в окружающей обстановке – когнитивную функцию высокого уровня у млекопитающих, включая человека. Таким образом, эксперименты, в которых проверялось, можно ли воспроизводить такие когнитивные функции мозга в случайном порядке, могут иметь прикладное значение для понимания того, как другие млекопитающие ведут себя, воспринимают и чувствуют окружающую среду.
В новых экспериментах исследователи сначала позволили лабораторным мышам исследовать окружающую среду в коробке с убежищем в углу. Команда разместила ряд визуальных подсказок, включая треугольники, круги и полоски разных цветов, чтобы помочь мышам определить местонахождение убежища по близлежащим ориентирам. Мыши акклиматизировались в течение 7 минут, входя и выходя из убежища.
Затем исследователи добавляли визуальный или аудиальный сигнал о приближении, чтобы подтолкнуть их к поиску убежища – это также формировало пространственную память относительно местоположения и визуальных подсказок.
Чтобы выборочно пометить нейроны памяти убежища, исследователи использовали систему переключения экспрессии генов, активируемую светом, под названием Cal-light. Выявив эти нейроны в ядре аккумбенса, ученые включили экспрессию связанных с ними генов, восстановив у мышей память о поиске убежища и одновременно активировав нейроны в ДОСВ.
В свою очередь, мыши искали ту область коробки, где когда-то находилось убежище, когда ни первоначальной угрозы, ни убежища не было. Чтобы достичь этого, ученые сначала выборочно активировали нейроны в ядре аккумбенса, а затем, отдельно, в ДОСВ, чтобы проверить, вызовет ли включение нейронов в одной области мозга такое поведение.
«Удивительно, но мы обнаружили, что мыши не искали убежища, когда мы активировали нейроны только в ядре аккумбенса», – говорит Квон. «В то время как включение нейронов в ДОСВ вызывало у мышей беспорядочную реакцию, но не направляло их конкретно в ту область, где они искали убежище раньше».
Система Cal-light позволила выборочно пометить конкретную функцию в мозге, что помогло составить карту памяти на клеточном уровне. В конечном итоге это исследование может стать основой для реактивации или создания инженерных схем памяти у людей с болезнью Альцгеймера.
«Если мы поймем структуру памяти на макроуровне, то сможем разработать более эффективные стратегии по предотвращению или замедлению нейродегенеративных заболеваний», – говорит ученый. Исследователи надеются понять структуру памяти в масштабах всего мозга, избирательно помечая и реактивируя нейроны с различными функциями в областях мозга, которые приводят к другим специфическим видам поведения. Понимание того, как схемы памяти работают вместе, поможет лучше понять работу мозга.
[Фото: Kanghoon Jung]
