Калифорнийские ученые опубликовали в журнале Neuron работу о том, как стереть конкретное воспоминание. Пока, правда, только у мышей, да и то трансгенных. Кроме этого, исследователи уточнили роль гиппокампа в работе памяти.
До сих пор существовали только теории о том, что извлечение воспоминаний требует скоординированной работы гиппокампа и коры больших полушарий. Эти теории возникли, когда ученые заметили, что повреждения гиппокампа вызывают нарушения памяти, вплоть до амнезии на много лет назад. Особенно это касается воспоминаний, связанных с местами и событиями. Гиппокамп вообще тесно связан с понятием места. Нобелевская премия по физиологии и медицине недельной давности как раз была присуждена, в том числе, за демонстрацию того, что так называемые «нейроны места» (place cells), активирующиеся в зависимости от нахождения животного в конкретном месте, находятся именно в гиппокампе.
Технология, позволяющая следить за активностью отдельных нейронов (и клеток вообще) и изменять ее в нужную экспериментаторам сторону, стала развиваться совсем недавно и получила название оптогенетики. Своей активностью нейроны обязаны потенциалу действия – волне, перемещающейся вдоль нейрона. Эта волна представляет собой изменение концентрации электрических зарядов внутри и вне клетки. Основную роль в методах оптогенетики играют молекулы родопсинов (галородопсина, археородопсина и т.п.) – белков, организующих транспорт ионов через мембрану клетки в зависимости от освещенности. Обычно эти белки позаимствованы у водорослей, бактерий или архей, у которых они отвечают за светозависимое поведение, например, за фототаксис – движение по направлению к лучшей освещенности (это повышает эффективность фотосинтеза). Если такой белок встроен в мембрану нейрона, то, в зависимости от направления транспорта ионов под действием света, он может препятствовать распространению потенциала действия или наоборот – его запускать.
Методы молекулярной биологии позволяют организовывать сложные логические схемы для ответов на вопросы исследователей.
Рассмотрим схему обсуждаемой статьи. Кроме потенциала действия во время передачи нервного импульса в нейронах активируется ряд генов. Один из таких генов – c-fos. Эта активация осуществляется за счет промотора, регулирующего экспрессию c-fos. Авторы работы создали трансгенных мышей, у которых ген c-fos был объединен с геном, кодирующим довольно универсальный бактериальный активатор транскрипции генов. Для наблюдения за активностью нейронов последовательность, реагирующая на активатор, была вставлена в регуляторную область гена, кодирующего зеленый флуоресцентный белок GFP, взаимодействующий только с хромосомами. То есть при активации этого белка у клеток светились ядра.
Инактивация нейронов в зависимости от освещенности была устроена несколько сложнее. В отдельную доставляемую с помощью вирусов генетическую конструкцию был вставлен ген археородопсина ArchT. Однако в эту конструкцию он был встроен задом наперед, и в таком виде не был активен. Поэтому в трансгенных мышах присутствовал регулируемый аналогично GFP ген рекомбиназы Cre. Если нервная клетка активизировалась, в ней синтезировался белок c-fos вместе активатором. Активатор запускал синтез Cre-рекомбиназы, Cre-рекомбиназа разворачивала нужной стороной ген ArchT, археородопсин встраивался в мембрану нейрона, потенциал действия не мог пройти и нейрон инактивировался.
На макроуровне эксперимент выглядел более понятно неподготовленному зрителю. Мышей сажали в клетку, где их легонько били током. Обычно посаженная в клетку мышь бодро бегает, исследует окружающее пространство и принюхивается. Когда мышь напугана, например, электрическими разрядами, она замирает на месте. Два дня спустя мышь сажали в такую же клетку, но током не били, а проверяли, помнит ли она прошлые удары током. Мышь, которая удары помнила, тихонько замирала, а забывшая вела себя активно.
Во-первых, авторы работы обнаружили, что нейроны, ответственные за вспоминание о прошлых ударах током находятся в конкретной области гиппокампа, называемой CA1, и в коре больших полушарий. Во-вторых, они установили, что инактивация этих нейронов приводит к тому, что воспоминание изглаживается. В-третьих, выяснилось, что нейроны коры, связанные с воспоминанием, взаимодействуют с нейронами миндалины, ответственной за эмоции вообще и за эмоцию страха, обусловливавшую поведение мышей, в частности.
Фактически, это означает, что каждое конкретное воспоминание имеет конкретный материальный носитель – свою собственную группу нейронов. На самом деле, правда, в работе не выяснено, не повреждались ли у мышей какие-нибудь другие воспоминания кроме исследуемого, так что все-таки о взаимно-однозначном соответствии воспоминания и набора клеток гиппокампа и коры говорить рано. Но в высшей нервной деятельности есть другие примеры соответствий, с высокой точностью похожих на взаимно-однозначные. Например, между упоминавшимися выше клетками места и местами или в системе, обеспечивающей обоняние. Каждый обонятельный нейрон содержит преимущественно обонятельные рецепторы, чувствительные к одной конкретной молекуле. Все нейроны, соответствующие одному запаху, собираются в один клубочек, а из клубочков уже состоит обонятельная луковица головного мозга. Так что в системе «одно воспоминание – один набор клеток» нет ничего странного.
Конечно, эта технология не может быть напрямую использована для того, чтобы, например, избавить человека от травмирующих воспоминаний. Ведь для ее применения надо было бы создать трансгенного человека. Но выводы, сделанные учеными, могут послужить тому, чтобы, с применением более сложных методов генной инженерии, «стирание памяти» в будущем можно было бы использовать и в медицинской практике.
