В 2016 году нейроучёные MIT обнаружили (мы писали об этом), что при определённых типах ретроградной амнезии воспоминания о конкретном событии сохраняются в мозге в энграммных клетках, даже если память не получается восстановить с помощью естественных «позывных». Это явление предполагает пересмотр существующих моделей формирования памяти, что и предлагают исследователи в более поздней статье, в которой они подробно описывают то, как «тихие энграммы» формируются и повторно активируются.
Обычно считается, что процессы обучения и запоминания состоят из трёх основных этапов: кодирования событий в сетях мозга, хранения закодированной информации и последующего её извлечения, когда это необходимо. Но оказалось, что это немного не так.
«Один из основных выводов этой работы заключается в том, что конкретная память хранится в определённой структурной связности между ансамблями энграммных клеток, которые лежат вдоль определённого анатомического пути. Этот вывод провокационный, потому что существующая догма предполагает, что память вместо этого сохраняется с помощью синапсов», — говорит Сусуму Тонегава (Susumu Tonegawa), профессор биологии и нейронаук, директор Центра генетики нейронных сетей RIKEN-MIT в Институте обучения и памяти Пикауэра, старший автор исследования.
Исследователи также показали, что, несмотря на то что воспоминания, хранящиеся в тихих энграммах, нельзя вызвать естественным образом, они сохраняются в течение по крайней мере недели и могут быть «пробуждены» через несколько дней с помощью обработки клеток белком, который стимулирует образование синапсов.
Скрытые воспоминания
В статье 2015 года Тонегава и его коллеги впервые показали, что воспоминания могут сохраняться даже тогда, когда блокируется синтез клеточных белков. Они обнаружили, что их можно искусственно извлечь с использованием оптогенетической техники.
Исследователи назвали эти ячейки памяти «тихими энграммами» и с тех пор обнаружили, что они также могут сформироваться и при различных нейродегенеративных заболеваниях типа болезни Альцгеймера. Работая с её мышиной моделью, учёные доказали: воспоминания остаются, только к ним теряется доступ, который в принципе можно восстановить.
На более позднем этапе изучения процесса, называемого системной консолидацией памяти, исследователи обнаружили энграммы как в гиппокампе, так и в префронтальной коре, которые кодировали одну и ту же память. Однако соответствующие участки префронтальной коры «молчали» примерно две недели после того, как память первоначально записалась, но при этом участки гиппокампа активировались сразу. Со временем всё становилось наоборот, и замолкали участки гиппокампа.
Ансамбли памяти
В новом исследовании, опубликованном в PNAS, авторы продвинулись ещё дальше в том, как формируются эти тихие энграммы, как долго они держатся и как их можно обратно активировать.
Подобно их первому исследованию 2015 года они обучали мышей помнить, в какой клетке они испытывали шоковую реакцию. Сразу после тренировки ингибировался синтез клеточных белков, и мыши таким образом забывали о полученном опыте. Но когда под воздействием света клетки памяти активировались (а всем животным предварительно в мембраны нейронов встраивался светочувствительный белок), мыши замирали в страхе даже в нейтральном месте. Оказалось, что эти воспоминания можно восстанавливать на протяжении восьми дней после первоначального обучения.
Этими результатами поддержалась гипотеза Тонегавы о том, что усиление синаптических соединений, необходимое для первоначальной кодировки памяти, не является необходимым для последующего длительного хранения. Вместо этого он говорит, что память хранится в конкретном шаблоне соединений, образованных между ансамблями энграммных клеток. Эти соединения, которые очень быстро формируются при кодировании, отличаются от синаптического усиления, которое происходит позже (в течение нескольких часов после события) с помощью синтеза необходимых белков.
Это поставило вопрос о том, зачем тогда после кодирования синтезируются белки. Учитывая, что тихие энграммы не извлекаются естественным путём, исследователи полагают, что основная цель белкового производства – обеспечить возможность естественной реакции на вызовы, чтобы память работала максимально эффективно.
Текст: Анна Хоружая
Roy, D. S., Muralidhar, S., Smith, L. M., & Tonegawa, S. (2017). Silent memory engrams as the basis for retrograde amnesia. Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(46). https://doi.org/10.1073/pnas.1714248114