Как искусственная спячка влияет на память: удивительные открытия нейробиологов

Исследования памяти и нейронных связей продолжают удивлять ученых и общественность. Одним из последних открытий стало то, что искусственная спячка, которую удалось вызвать у мышей, приводит к значительной потере синапсов, однако память животных остается нетронутой. Это открытие ставит под сомнение традиционные представления о том, как память сохраняется в мозге.

Память и синапсы

Традиционно считается, что память формируется за счет укрепления и увеличения связей между нейронами — синапсов. Однако эти связи обладают пластичностью и изменяются со временем. Как отмечает Казума Танака, нейробиолог из Окинавского института науки и технологий, структура синапсов может значительно изменяться всего за несколько дней. Чтобы понять, как память может сохраняться, несмотря на такие изменения, Танака и его команда решили провести эксперимент, который бы продемонстрировал более резкие изменения.

Искусственная спячка

Спячка — это естественное состояние, характерное для белок, хомяков и медведей. Однако нейронная цепь, отвечающая за спячку, присутствует и у млекопитающих, которые не впадают в спячку в дикой природе, таких как мыши. В июне 2020 года группа исследователей под руководством Такеши Сакураи из Университета Цукуба разработала методику искусственной активации этой цепи. Это достигается активацией нейронов, называемых Q-нейронами, в области гипоталамуса, что приводит к состоянию, названному QIH (гипотермия и гипометаболизм, индуцированные Q-нейронами).

Процесс и результаты эксперимента

В ходе эксперимента мыши находились в состоянии QIH в течение 48 часов, после чего их пробуждали. Исследователи установили, что активность нейронов снизилась на 70% во время спячки, а более половины синапсов были уничтожены. Это, по идее, должно было привести к потере памяти. Однако, несмотря на это, мыши, которые прошли через QIH, показали такую же эффективность в выполнении тестов на память, как и те, которые не впадали в спячку.

Сохранение памяти

Перед спячкой мыши были обучены двум стандартным задачам на память: условному страху и задаче с плюс-лабиринтом. Оба задания зависят от памяти, хранящейся в гиппокампе. После пробуждения мыши, находившиеся в состоянии QIH, показали такие же результаты, как и контрольные группы. Записи активности мозга подтвердили, что нейроны, отвечающие за память о местоположении, продолжали активироваться в тех же местах после пробуждения.

Восстановление синапсов

Наблюдения за дендритами в течение восьми дней показали, что синапсы, исчезнувшие во время спячки, восстанавливались после пробуждения. 82% из них вернулись на те же места, где находились ранее. Однако не все синапсы восстанавливались одинаково: синапсы, которые были частью кластеров, сохранялись, в то время как одиночные синапсы уничтожались. Это открытие ставит вопрос о том, почему кластеризация защищает синапсы.

Мультисинаптические бутоны

Исследователи также обнаружили, что треть кластеризованных синапсов была связана с мультисинаптическими бутонами, которые представляют собой структуры, где один пресинаптический терминал соединяется с несколькими постсинаптическими шипиками. Это редкая структура, и в обычных синапсах у не-гибернирующих мышей лишь 3.3% находились на мультисинаптических бутонах. Кластеризованные синапсы, как правило, были меньше, чем их соседи, что противоречит классической модели, предполагающей, что память хранится в увеличенных и укрепленных синапсах.

Перспективы исследований

Танака подчеркивает, что необходимо быть осторожными с выводами, так как текущие результаты являются ассоциативными, а не причинно-следственными. Однако, если эти находки подтвердятся, это может означать, что память не зависит от конкретных синапсов, а сохраняется благодаря общей нейронной архитектуре.

Заключение

Исследования продолжаются, и команда Танаки уже рассматривает более глубокие и потенциально революционные последствия своих открытий. Например, они изучают, возвращается ли мозг после спячки к своему исходному состоянию или к какому-то предпочтительному конфигурационному состоянию. Это может иметь важные клинические приложения в будущем, но, как подчеркивает Танака, впереди еще много работы и исследований, прежде чем эти открытия можно будет применить к людям.