Увидеть, как формируются воспоминания
Исследователи из Технического университета Кайзерслаутерна разработали новый инструмент для отслеживания и манипулирования долговременными воспоминаниями в мозге плодовых мушек. Инструмент, описанный в журнале PLOS Biology, поможет исследовать работу памяти на молекулярном уровне. Знания, полученные на более простом мозге дрозофилы, могут в дальнейшем направлять изучение человеческой памяти.
Выделение конкретных механизмов, ведущих к формированию долговременной памяти в мозге мухи, — сложная задача. Подмножество нейронов, ответственных за долговременную память, имеет ту же ДНК, что и другие нейроны, что затрудняет создание биомаркера, идентифицирующего только нейроны, кодирующие конкретное воспоминание.
Чтобы решить эту проблему, Доминик Зигенталер, Бенджамин Эскрибано и Ванесса Бройлер из группы профессора Яна Пиллажа разработали генетическую метку, реагирующую на формирование памяти. Метка называется CRE-activity dependent memory engram label, или сокращенно CAMEL. Она использует сайт связывания ДНК белка CREB2, который необходим для формирования долговременных воспоминаний. Метка "загорается", когда нейроны имеют активный белок CREB, связывающийся с ДНК, выделяя только нейроны в процессе формирования памяти.
"Впервые мы можем специфически контролировать нейроны, формирующие долговременные воспоминания у Drosophila", — сказал Пиллаж.
Метка не только позволяет видеть процесс формирования памяти, но и делает большее. Исследователи могут использовать её для подавления или активации активности нейронов.
"Теперь у нас есть генетический доступ к клеточным и молекулярным изменениям, происходящим во время формирования долговременной памяти", — отметил Пиллаж.
Например, команда использовала метку для подавления сигналов от нейронов долговременной памяти. Мух обучали ассоциировать запах с электрическим ударом. Мухи по-прежнему могли обучаться и вспоминать в первые три часа после тренировки, что указывало на незатронутое формирование кратковременной памяти. Однако в последующие четыре дня, когда белок CREB создаёт и поддерживает долговременную память, мухи не могли вспомнить. Интересно, что через семь дней после тренировки, когда CREB и, следовательно, метка были уже неактивны, мухи снова избегали запаха. Это показало, что "заглушение" нейронов CAMEL специфически нарушало припоминание долговременной памяти, но не её производство или хранение.
Чтобы проверить, можно ли искусственно "включать" воспоминания, группа провела другой эксперимент. Мух обучали ассоциировать запах с ударом, а затем с помощью метки экспрессировали канал, активирующий нейроны под красным светом. Когда мухам давали выбор двигаться в зонах с красным светом или без него, больше мух выбирали тёмные зоны. Это указывало, что красный свет активировал нейроны, содержащие "плохое" воспоминание об запахе и ударе.
"Мухи, по сути, избегали припоминания этого плохого воспоминания", — пояснил Пиллаж.
Вместе эти эксперименты показывают, что это небольшое подмножество помеченных нейронов достаточно и необходимо для формирования долговременных воспоминаний. Команда планирует создать у мух искусственные воспоминания, чтобы систематически исследовать клеточные изменения при создании и припоминании памяти.
"Мы до сих пор не знаем, что происходит в нейронах для хранения долговременных воспоминаний или как мы можем их вспоминать", — заключил Пиллаж.