Ученым из Университета Южной Калифорнии (USC) удалось в режиме реального времени получить изображения формирования воспоминаний в мозгу живых рыб. Результаты оказались довольно любопытными: синапсы формировались в одной части мозга и исчезали в другой, а не просто возникали и укреплялись, как считалось ранее.
Микроскопическое изображение мозга рыбки данио-рерио, синапсы выделены зеленым цветом. Don Arnold, Университет Южной Калифорнии
Синапсы - это крошечные пространства (место контакта) между ветвями соседних нейронов в мозге, и широко признано, что они играют ключевую роль в формировании памяти. Чем чаще используется определенный синапс, тем сильнее он становится, укрепляя связанную с ним память. Однако новое исследование раскрыло больше деталей.
Рыбки данио-рерио оптимально подходят для исследований в области неврологии. Чжуовэй Ду и Дон Б. Арнольд , CC BY-NC-ND
Исследователи из Университета Южной Калифорнии провели свою работу с помощью рыбок данио-рерио, которые обычно используются для изучения нейробиологии. Мозг этих рыб похож на мозг человека, только намного проще устроен. Кроме того, у данио практически полностью прозрачные головы, что дает ученым возможность в буквальном смысле заглянуть во внутренние процессы мозга.
Синапсы состоят из крайней точки передающего нейрона, начальной точки принимающего нейрона и крошечного промежутка между ними. ttsz/iStock via Getty Images Plus
Синапсы обычно слишком малы для получения прямых изображений, поэтому исследователи использовали несколько новых приемов, чтобы чтобы "подсветить" их. Они генетически сконструировали рыбок так, чтобы у них сформировались флуоресцентные синапсы, а затем сделали их изображения с помощью нового типа лазерного микроскопа, который использует более низкие уровни света, чтобы уменьшить повреждение тканей. Используя эту технологию, команда исследователей делала снимки мозга рыб до и после формирования памяти, чтобы увидеть, как изменялись синапсы.
Чтобы вызвать формирование памяти, ученые приучили рыб ассоциировать два стимула - нейтральный и негативный. Чтобы вызвать стрессовые реакции животных их головы рыб нагревали инфракрасным лазером. Рыбы начинали активно “дергать” хвостовым плавником, пытаясь уплыть. Затем исследователи объединили тепловое воздействие с обычным светом. Через несколько часов после "обучения" рыбы стали реагировать точно так же только на световой сигнал, что свидетельствовало о формировании ассоциативной памяти между светом и тепловым излучением.
Карта мозга рыбки данио-рерио, на которой отмечены изменения в синапсах после формирования памяти - зеленый цвет указывает на утраченный синапс, а желтый - на новый. Красная линия разделяет области мозга, в которых доминируют либо усиления, либо ослабления активности памяти. Don Arnold, Университет Южной Калифорнии
Исследователи были озадачены процессам, которые происходили в мозге рыб. Вместо того чтобы просто наблюдать укрепление синаптических связей, как предполагалось ранее, они заметили, что в одной области мозга синапсы образовывались, а в другой они исчезали. Команда ученых считает, что это указывает на то, что воспоминания кодируются через изменения в количественном составе синапсов.
Видео, демонстрирующее, как около 80 процентов нейронов в мозге детеныша данио-рерио запускаются, когда животное видит предметы и пытается реагировать.
"Последние 40 лет считалось, что обучение происходит за счет изменения силы синапсов, но в данном случае это не так", - утверждает Карл Кессельман, один из авторов исследования.
Команда говорит, что необходимо провести дополнительную работу для выяснения роли, которую играет образование и потеря синапсов в формировании памяти. Будущая работа будет направлена на то, чтобы попытаться стереть синапсы у данио-рерио или мышей, чтобы проверить, будут ли также стираться ассоциативные воспоминания. Возможно, однажды это позволит найти новые методы лечения посттравматического стрессового расстройства и пагубных зависимостей, утверждают исследователи.
Исследование было опубликовано в журнале PNAS .
Источники: USC, The Conversation
