Астроциты мозга играют важную роль в работе памяти вместе с нейронами
До сих пор работа памяти объяснялась активностью клеток мозга — нейронов. Они действительно реагируют на события обучения и контролируют запоминание. Но команда ученых из Медицинского колледжа Бэйлора, Хьюстон расширила эту теорию, показав, что и другой тип клеток в мозге — астроциты, также хранят воспоминания и работают совместно с группами нейронов, чтобы при хранение и извлечение информации. Работа опубликована в журнале Nature.
«Преобладает представление, что формирование и запоминание воспоминаний связано только с нейронными энграммами, которые активируются под воздействием определенного опыта, сохраняют и извлекают воспоминание», — говорит cоавтор исследования доктор Бенджамин Динен. — «Наша лаборатория давно изучает астроциты и их взаимодействие с нейронами. Мы обнаружили, что эти клетки тесно взаимодействуют друг с другом, как физически, так и функционально, и что это необходимо для правильной работы мозга. Однако роль астроцитов в хранении и извлечении воспоминаний ранее не изучалась».
Астроциты вызывают воспоминания
Исследователи начали с разработки нового набора лабораторных инструментов для выявления и изучения активности астроцитов, связанных с мозговыми схемами памяти. Типичный эксперимент состоял в том, что сначала мышей приучали испытывать страх и «замирать» в определенной ситуации.
Когда через некоторое время мышей снова помещали в ту же ситуацию, они замирали, потому что помнили эту ситуацию. Если мышей помещали в другую ситуацию, они не замирали, потому что отсутствовал контекст, с которым у мышей было связано чувство страха. «Работая с этими мышами и используя новые лабораторные инструменты, мы смогли показать, что астроциты действительно играют роль в запоминании», — говорит соавтор исследования доктор Вукбонг Квон.
Исследователи показали, что во время обучения, например, при обучении страху, в астроцитах мозга активизируется ген c-Fos. Астроциты, с экспрессирующим c-Fos, начинают регулировать функции клеточных схем в этой области мозга.
«Астроциты, с экспрессирующим c-Fos, физически близки с нейронами энграммы», — говорит соавтор работы доктор Майкл Р. Уильямсон. — «Мы обнаружили, что нейроны энграммы и физически связанный с ними ансамбль астроцитов связаны еще и функционально. Активация ансамбля астроцитов специфически стимулирует синаптическую активность или коммуникацию в соответствующем нейроне энграммы. Эта связь между астроцитами и нейронами работает в обе стороны; астроциты и нейроны зависят друг от друга».
Когда мыши оказывались в ситуации, не связанной со страхом, они обычно не замирали. «Но когда ансамбль астроцитов у этих мышей в непугающей обстановке активировался, животные замирали, показывая, что активация астроцитов стимулирует вспоминание», — говорит Квон.
Чтобы лучше понять, что опосредует активность ансамблей астроцитов в процессе запоминания, исследователи изучили ген NFIA. «Наша лаборатория ранее показала, что ген астроцитов — NFIA — может регулировать схемы памяти, но действует ли он в ансамблях астроцитов, чтобы управлять хранением и запоминанием, было неизвестно», — говорит Уильямсон.
Команда обнаружила, что в астроцитах, активизирующихся в процессе обучения, повышается уровень белка NFIA, а остановка выработки NFIA в этих астроцитах подавляет запоминание.
«Когда мы удалили ген NFIA в астроцитах, которые были активны во время события обучения, животные не смогли вспомнить конкретное воспоминание, связанное с событием обучения, но они смогли вспомнить другие воспоминания», — сказал Квон.
«Эти результаты говорят о роли астроцитов для работы памяти", — сказал Динен. — "Ансамбли астроцитов, связанных с обучением, специфичны для данного события обучения. Ансамбли астроцитов, регулирующие воспоминания о пережитом страхе, отличаются от тех, которые участвуют в воспоминаниях о другом опыте обучения, и ансамбль нейронов также отличается".
Исследование дает более полное представление о процессах, происходящих в мозге во время запоминания и припоминания информации. Кроме того, исследование открывает новую перспективу при изучении состояний человека, связанных с потерей памяти, таких как болезнь Альцгеймера, а также состояний, при которых воспоминания возникают неоднократно и их трудно подавить, например посттравматического стрессового расстройства.