Як відновити втрачені спогади 07.06.2015

Найчастіше, коли говорять про амнезію, мають на увазі антероградну або ретроградну її різновид. Відрізнити їх просто: антероградна амнезія – порушення пам'яті у тому, що сталося після початку захворювання; ретроградна – порушення пам'яті у тому, що сталося на початок захворювання. І та, й інша можуть статися з людиною через травму мозку, або через сильний стрес, або через тяжке неврологічне захворювання (наприклад, синдром Альцгеймера). Очевидно, конкретна причина амнезії полягає в тому, що якісь нейрони, що стосуються записування та зберігання інформації, з якоїсь причини перестають працювати, як треба. Але в чому суть цих неполадок? Одні (і таких більшість) захищають гіпотезу, згідно з якою інформація просто втрачається з нейронних ланцюгів, тому її неможливо відновити. Інші вважають, що тут ми маємо справу з проблемою доступу, що відомості все ще знаходяться у мозковому сховищі, але вони виявилися заблокованими, і дістатися до них ми не можемо.

Очевидно, вірна все-таки гіпотеза блокованого доступу - на її користь свідчать результати експериментів Судзумі Тонегави (Susumu Tonegawa) та співробітників його лабораторії у Массачусетському технологічному інституті. Сам Тонегава ще 1987 року отримав Нобелівську премію за відкриття генетичного принципу утворення різноманітності антитіл, але потім переключився на клітинні механізми пам'яті. І тут він та його колеги досягли видатних успіхів. Так, наприклад, лише минулого року вони випустили кілька робіт, в яких описували, як мозок запам'ятовує послідовність подій і як відбувається корекція робочої пам'яті, коли ми раптом усвідомлюємо, що щось не так зробили. Нарешті, в їх минулорічній статті в Nature йшлося про перепрограмування емоційної пам'яті: впливаючи на нейрони гіпокампу, дослідники змогли в буквальному значенні погані спогади зробити добрими.

У 2012 році групі Тонегави вдалося підтвердити існування в гіпокампі (одному з найголовніших центрів пам'яті) енграмних клітин. Під енграмою розуміють слід, залишений подразником; якщо говорити про нейрони, то сигнал, що повторюється - звук, запах, якась обстановка і т. д. - повинні провокувати в них якісь фізичні та біохімічні зміни. Якщо стимул потім повториться, то "слід" активується, і клітини, в яких він є, викличуть з пам'яті весь спогад. Іншими словами, у нас енграмні ("ключові") нейрони відповідають за доступ до записаної інформації, а щоб самі вони заробили, на них має вплинути ключовий сигнал. Але, крім того, такі клітини повинні якось уміти зберігати сліди від подразників. На практиці це означає, що між енграмними клітинами повинні посилюватися міжклітинні синапси: чим міцніше вони будуть, тим надійніше між ними проходитиме сигнал, тим міцніше нейрони запам'ятають якийсь стимул. Однак до останнього часу експериментальних підтверджень тут не було – ніхто не знав, чи справді в таких нейронах відбуваються специфічні біохімічні зміни, пов'язані із запам'ятовуванням стимулу.

Дослідники використовували самі методи оптогенетики, які кілька років тому дозволили їм підтвердити саме існування клітин-"ключів". Нагадаємо, що суть оптогенетики полягає в тому, що нейрон впроваджують фоточутливий білок, який формує в клітинній мембрані іонний канал: світловий сигнал канал відкриває, іони перерозподіляються по обидва боки мембрани, і нейрон або "включається", або "засинає", залежно від того, що потрібно у конкретному досвіді. Спочатку в гіпокампі у мишей знайшли клітини, які включали спогади, будучи активовані світлом. У цих клітин, як пишуть автори роботи у своїй статті в Science, дійсно посилювалися міжклітинні зв'язки - іншими словами, вони разом складалися в нейронний перемикач, що по сигналу відкривав доступ до якогось блоку інформації. Посилення міжклітинного контакту означає, що клітині потрібно більше білків, які обслуговують синапс, тобто все впирається у процес біосинтезу білка. Синтез у нейронах відключали за допомогою антибіотика, причому робили так одразу після того, як миша щось запам'ятовувала. Синапси в такому випадку залишалися неміцними, і, найголовніше, миша нічого не могла згадати наступного дня, коли її піддавали дії того ж подразника, який діяв під час навчання. Виходила справжня ретроградна амнезія - пам'ять у тому, що сталося до обробки антибіотиком, зникала, і відновити її з допомогою звичайних стимулів було неможливо.

Але ті ж енграмні клітини, які мали зреагувати на ключовий стимул і які мовчали через ослаблені синапси, несли в собі оптогенетичні модифікації. І якщо їх активували за допомогою світлового імпульсу, то пам'ять до тварин поверталася. Якщо відкинути подробиці про спеціальні клітини-перемикачі, синапси та білковий синтез, то вийде, що нейробіологи відновили пам'ять за допомогою світлового спалаху в мозок.

Але акцент все ж таки слід робити саме на енграмних нейронах, хоч би якою дивною була їх назва для незвичного слуху. Раніше в лабораторії Тонегави вдалося показати, що за включення пам'яті відповідає не якась одна клітина, а нервовий контур із кількох таких нейронів. З урахуванням нових даних дослідники пропонують наступну схему того, як організовано пам'ять у мозку ссавців (а, можливо, взагалі у більшості тварин, які мають центральну нервову систему). Основний її момент полягає в тому, що за зберігання та активацію пам'яті відповідають різні структури - групи енграмних клітин опікуються іншими нервовими ланцюжками, що зберігають блоки інформації, і нейрони аківації можна в певному сенсі порівняти з бібліотекарями, які видають книги на запит. Причому взаємовідносини між нейронами активації та нейронами зберігання можуть бути різними, наприклад, одна активуюча мережа може діяти відразу на кілька одиниць пам'яті, і конкретні взаємозв'язки між тими та іншими ще треба добре вивчити.

Звичайно, це не означає, що погіршення або втрата пам'яті відбувається лише через неполадки в енграмних клітинах, проблеми можуть початися і в "головному сховищі". Проте з практичної точки зору все одно корисно знати, на які нервові клітини треба вплинути, щоб відновити давно забуті спогади, адже може бути так, що самі спогади нікуди не поділися, просто потрібно "розбудити" клітини, які за них відповідають.