Нейробиологи научились переключать эмоциональную окраску воспоминаний

exlD9dwo1CY1

Японско-американская группа нейробиологов под руководством Сусуму Тонегава научилась менять эмоциональную окраску памяти у мышей за счет одновременного включения воспоминания и презентации нового безусловного стимула. Работа опубликована в журнале Nature, там же можно прочитать редакционную статью с обсуждением исследования.

На фото: Флюоресцентно-окрашенные нейроны памяти в гиппокампе и черный канал (вверху в середине), который используется для подведения света по оптоволокну и активации нейронов

Работа основана на методах оптогенетики, которые позволяют активировать так называемую энграмму памяти путем подачи света напрямую в определенную часть мозга. Под энграммой понимают локальную совокупность нейронов, которые активируются при определенных условиях опыта. (Есть, например, группа нейронов, которые активируются при помещении животного в новую клетку.) Речь идет не о нейронах, которые просто при этом электрохимически возбуждаются, — таких в работающем мозге миллиарды, — но только о тех из них, в которых при этом активируется синтез белков — прежде всего белков памяти.

Такой механизм формирования памяти дает ученым возможность создавать генетически модифицированных животных, у которых активирующиеся в ответ на стимул нейроны, помимо прочих белков, синтезировали бы еще и специальные, чувствительные к свету белки-маркеры. Если мозг таких животных облучить синим светом, маркерные белки (это обычно каналродопсины) начинают пропускать ионы, что приводит к электрохимическому возбуждению помеченных клеток и, как показали эксперименты, к возникновению воспоминаний.

ISTv2EoW-DE1

Мышь с вживленным оптоволокном для стимуляции воспоминаний. Изображение: Neurosurgery Journal

В новой работе ученые показали, что эмоциональную окраску воспоминаний можно поменять. Возможно, это происходит, во-первых, из-за того, что воспоминания об определенном событии и о его «приятности» или «неприятности» хранится в разных нейронах, находящихся в разных отделах мозга. А во-вторых — и это главный результат работы, — из-за того, что эмоциональная память оказалась очень пластична.

Когда ученые одновременно оптогенетически активировали у мышей память об электрическом шоке и давали безусловно приятный (в павловском смысле) сигнал (самку), эмоциональная окраска памяти менялась. Мыши переставали бояться при активации этой памяти и, наоборот, сами предпочитали включать в мозгу активирующий нейроны свет. Переключение работало и в обратном направлении — приятные воспоминания можно было превратить в неприятные таким же путем, просто поменяв последовательность стимулов.

Эксперимент проводили следующим образом. Мышам разблокировали синтез маркерных белков, помещали животных в клетки и одной из групп давали отрицательный стимул (электрошок), а другой положительный (подсаживали самку). При этом в обеих группах были подгруппы животных, у которых маркерные белки экспрессировались только а) в зубчатой извилине или только б) в базолатеральном комплексе амигдалы.

Через несколько дней при подаче света в любую из областей мыши проявляли испуганное или, наоборот, «довольное» поведение — в точном соответствии с тем, что с ними происходило. Однако, когда мышам одновременно включали свет и презентовали противоположный по валентности сигнал, эмоциональная окраска менялась: спустя несколько дней после этого в ответ на подачу света боявшиеся переставали бояться, а обрадованные переставали радоваться. Интересно, что это происходило только с теми подгруппами животных, которые экспрессировали маркерные белки в зубчатой извилине, но не в базолатеральном комплексе амигдалы.

Группа Сусуму Тонегава занимается оптогенетическим исследованием памяти не первый год. Ранее им удалось, например, создать у мышей ложные воспоминания: поменять ассоциацию между клеткой, в которой находилась мышь, и электрическим шоком таким образом, чтобы животное начиналось бояться клетки, в которой раньше никогда не было. Сусуму Тонегава является нобелевским лауреатом — в 1987 году он получил премию по физиологии и медицине за работу, которая никак не связана с исследованием памяти и касается механизма формирования огромного врожденного репертуара антител из ограниченного набора генов. В последние годы он отошел от иммунологии и занимается только оптогенетикой.