Академик Павел Балабан на заседании президиума РАН рассказал об экспериментах, которые заставляют переосмыслить парадигму о работе мозга, в частности о механизме формирования долговременной памяти.
Павел Балабан заявил, что главное в механизме долговременной памяти не нейроны, а глиальные клетки, или астроциты. Их в мозге почти в 10 раз больше, чем нейронов, они главное население мозга.
Началось изучение их участия в механизме запоминания с того, что британские ученые в экспериментах на моллюсках наткнулись на странный эффект. Кратковременная память о событии переходила у них в долговременную не сразу. Тесты показали, что около часа после обучения память отсутствует. А для формирования полноценной памяти потребовалось 3-4 часа. Этот таинственный период поставил ученых в тупик: где она скрывалась все это время?
Команда Балобана провела аналогичные опыты на улитках и увидели тот же феномен. Память после обучения куда-то пропадала, а потом неожиданно всплывала.
Опыты проводились так: Вначале улиткам даем пищу, сочетая с нейтральным запахом. А потом только запах, и видим, что животное сразу начинает искать пищу. То есть у него сформировалась кратковременная память на тандем запах – пища. Вроде бы все, как и должно быть. Но когда стали давать запах каждые десять минут улитки вообще перестали на него реагировать. И это молчание продолжалось около часа, а потом к ним вернулось воспоминание о запахе, и они вновь начинали искать пищу.
Так стало понятно, что дело в глиальных клетках, астроцитах. В общих чертах механизм долговременной памяти работает примерно так: Сначала нейроны реагируют на те внешние стимулы, которые надо запомнить. Это может быть что угодно – запах, портрет человека… При этом нейроны выделяют в окружающую среду специфические вещества, проникающие в глиальные клетки. А те в ответ вырабатывают свои вещества и отправляют их обратно нейронам. Вот именно эта взаимная диффузия и занимает часы. В этот длительный интервал как раз и оценивается важность, надо или нет надолго запоминать запах, портрет или еще что-то.
***
Астроциты оказались частью скрытой второй сети связи в мозге. Они, как показали результаты нового исследования, формируют собственные протяженные сети, соединяющие разные части головного мозга.
Астроциты соединяются через так называемые щелевые контакты — крошечные межклеточные каналы, через которые могут проходить небольшие молекулы и сигналы. Правда, до сих пор было непонятно, образуют ли астроциты единственную сплошную сеть по всему мозгу, или же существуют отдельные специализированные маршруты между конкретными зонами.
Чтобы расставить все точки над i, ученые из Нью-Йоркского университета (США) разработали новый метод «подсветки» астроцитарных сетей. Для этого они создали вирусный инструмент, который заставлял астроциты производить модифицированный белок connexin 43 — основной строительный элемент щелевых контактов.
К нему прикрепили фермент TurboID, помечающий молекулы биотином, которые проходят через межклеточные каналы. Подход позволил увидеть, какие клетки входят в одну сеть: зараженные астроциты определяли по специальной метке на белке, а связанные с ними соседние клетки — по наличию биотинилированных молекул.
Затем исследователи ввели вирус в определенные зоны мозга мышей — например, в моторную кору, префронтальную кору и гипоталамус — и наблюдали трехмерную картину с помощью флуоресцентной микроскопии плоскостного освещения (light-sheet microscopy).
Оказывается астроциты не образовывали хаотичную или сплошную сеть. Были отдельные маршруты, которые выборочно соединяли области мозга. Они обходили соседние области. Некоторые сети были локальными и оставались внутри одного региона, а другие тянулись на большие расстояния, связывая сразу несколько участков и даже оба полушария мозга.
Эти схемы нередко отличались от уже известных нейронных путей. Например, зоны, в которых не наблюдалось прямой нейронной связи, могли объединяться через астроциты.
Сами сети оказались не статичными. К такому выводу ученые пришли, применив классическую модель нейропластичности: у молодых мышей на. одной стороне морды регулярно подстригали усы, тем самым снижая сенсорную нагрузку на соответствующую область коры. Выяснилось, что после такого сенсорного лишения астроцитарная сеть заметно уменьшалась: число связанных клеток снижалось, а дальние связи, например, с префронтальной корой, практически исчезали.
Таким образом, ученые вновь показали, что мозг устроен сложнее: помимо нейронной электропроводки, в нем существует астроцитарная сеть, способная связывать удаленные области, поддерживать обмен веществ и меняться под влиянием нового опыта.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Pingback: Ещё раз о нейроглии как субстрате памяти – Вокруг Света
Pingback: Клетки разных тканей тела имеют память… – Вокруг Света