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.
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.
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 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.
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.
"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