Учені розкрили, як мозок вирішує, які спогади зберегти
Вчені з Університету Рокфеллера показали, що довготривалі спогади формуються не одним "перемикачем", а цілою каскадною системою молекулярних "таймерів", які поетапно працюють у різних зонах мозку.
Роботу опубліковано в журналі Nature.
Класична модель пам'яті довгий час зводилася до дуету:
- гіпокамп - короткострокова пам'ять,
- кора - довготривала.
Передбачалося, що існують певні "молекули-перемикачі": якщо слід пам'яті "увімкнений" на довгострокове зберігання, він залишається таким надовго. Але ця схема не пояснювала, чому одні спогади живуть тижнями, а інші - все життя.
Нова робота показує: збереження пам'яті регулюється послідовними генетичними програмами, які вмикаються і вимикаються в певні моменти і в різних відділах мозку - як серія таймерів із різною тривалістю.
Щоб простежити "життя" спогаду, команда створила поведінкову модель на мишах у віртуальній реальності:
- мишей поміщали у VR-середовище з різними контекстами (обстановкою),
- одні епізоди багаторазово повторювали, інші - рідше,
- так формувалися спогади різної "важливості" і стійкості.
Потім дослідники:
- відстежували активність різних зон мозку,
- застосували CRISPR-скринінг, щоб точково "вимикати" гени в таламусі та передній поясній корі й дивитися, як це впливає на тривалість пам'яті.
Ключовий висновок: деякі молекули не потрібні для формування пам'яті, але критично важливі для її збереження.
Вчені виділили три важливі регулятори:
- Camta1 і Tcf4 - у таламусі;
- Ash1l - у передній поясній корі.
Згідно з моделлю:
- Спочатку слід пам'яті формується в гіпокампі.
- Camta1 допомагає цьому сліду "втриматися" на перших етапах.
- Пізніше вмикається Tcf4, підтримуючи структурні зв'язки і стабілізуючи трек пам'яті.
- Потім Ash1l запускає програми перебудови хроматину - і пам'ять стає більш стійкою і довготривалою.
Якщо "просунути" спогад далі цим ланцюжком таймерів не вдається, він з високою ймовірністю швидко стирається.
Розрив роботи Camta1 і Tcf4 порушував зв'язки між таламусом і корою та призводив до втрати вже сформованої пам'яті.
Цікаво, що Ash1l пов'язаний із сімейством гістон-метилтрансфераз, які беруть участь у "клітинній пам'яті" і в інших системах:
- в імунітеті - для запам'ятовування перенесених інфекцій,
- у розвитку - щоб клітина "пам'ятала", що вона, наприклад, нейрон або м'язова клітина.
Мозок, по суті, використовує універсальні механізми "пам'яті клітин" для підтримки когнітивної пам'яті.
Нова модель пам'яті передбачає:
- рішення "що зберігати і як довго" - динамічний процес, а не разовий вибір;
- таламус відіграє роль центру прийняття рішень, який вирішує, які спогади "просунути" далі в кору для закріплення;
- стійкість пам'яті - результат роботи кількох молекулярних програм, розгорнутих у часі.
Автори припускають, що розуміння цих шляхів може стати в пригоді при:
- хвороб типу хвороби Альцгеймера,
- інших порушеннях пам'яті та когнітивного зниження.
Якщо відомо, які "другі та треті" вузли беруть участь у консолідації пам'яті, можливо, у майбутньому вдасться обійти пошкоджені ділянки та активувати альтернативні шляхи збереження спогадів.