Как восстановить утраченные воспоминания 07.06.2015

Чаще всего, когда говорят об амнезии, имеют в виду антероградную либо ретроградную ее разновидность. Отличить их просто: антероградная амнезия - нарушение памяти о том, что произошло после начала заболевания; ретроградная - нарушение памяти о том, что произошло до начала заболевания. И та, и другая могут случиться с человеком из-за травмы мозга, или из-за сильного стресса, или из-за тяжелого неврологического заболевания (например, синдрома Альцгеймера). Очевидно, конкретная причина амнезии состоит в том, что какие-то нейроны, имеющие отношение к записыванию и хранению информации, по какой-то причине перестают работать, как надо. Но в чем суть этих неполадок? Одни (и таких большинство) защищают гипотезу, согласно которой информация просто теряется из нейронных цепей, так что ее невозможно восстановить. Другие полагают, что тут мы имеем дело с проблемой доступа, что сведения все еще находятся в мозговом хранилище, но они оказались заблокированы, и добраться до них мы не можем.

По-видимому, верна все-таки гипотеза блокированного доступа - в ее пользу говорят результаты экспериментов Судзуми Тонегавы (Susumu Tonegawa) и сотрудников его лаборатории в Массачусетском технологическом институте. Сам Тонегава еще в 1987 году получил Нобелевскую премию за открытие генетического принципа образования разнообразия антител, но потом переключился на клеточные механизмы памяти. И здесь он и его коллеги достигли выдающихся успехов. Так, к примеру, только в прошлом году они выпустили несколько работ, в которых описывали, как мозг запоминает последовательность событий и как происходит коррекция рабочей памяти, когда мы вдруг осознаем, что что-то не так сделали. Наконец, в их прошлогодней статье в Nature шла речь о перепрограммировании эмоциональной памяти: воздействуя на нейроны гиппокампа, исследователи смогли в буквальном смысле плохие воспоминания сделать хорошими.

В 2012 году группе Тонегавы удалось подтвердить существование в гиппокампе (одном из главнейших центров памяти) энграммных клеток. Под энграммой понимают след, оставленный раздражителем; если говорить о нейронах, то повторяющийся сигнал - звук, запах, некая обстановка и т. д. - должны провоцировать в них некие физические и биохимические изменения. Если стимул потом повторится, то "след" активируется, и клетки, в которых он есть, вызовут из памяти все воспоминание целиком. Иными словами, у нас энграммные ("ключевые") нейроны отвечают за доступ к записанной информации, а чтобы сами они заработали, на них должен подействовать ключевой сигнал. Но, кроме того, такие клетки должны уметь как-то сохранять следы от раздражителей. На практике это означает, что между энграммными клетками должны усиливаться межклеточные синапсы: чем прочнее они будут, тем надежнее между ними будет проходить сигнал, тем крепче нейроны запомнят некий стимул. Однако до последнего времени экспериментальных подтверждений здесь не было - никто не знал, действительно ли в таких нейронах происходят специфические биохимические изменения, связанные с запоминанием стимула.

Исследователи использовали те же методы оптогенетики, которые несколько лет назад позволили им подтвердить само существование клеток-"ключей". Напомним, что суть оптогенетики состоит в том, что нейрон внедряют фоточувствительный белок, который формирует в клеточной мембране ионный канал: световой сигнал канал открывает, ионы перераспределяются по обе стороны мембраны, и нейрон либо "включается", либо "засыпает", в зависимости от того, что нужно в конкретном опыте. Сначала в гиппокампе у мышей нашли клетки, которые включали воспоминания, будучи сами активированы светом. У этих клеток, как пишут авторы работы в своей статье в Science, действительно усиливались межклеточные связи - иными словами, они вместе складывались в нейронный переключатель, по сигналу открывавший доступ к некоему блоку информации. Усиление межклеточного контакта означает, что клетке нужно больше белков, обслуживающих синапс, то есть все упирается в процесс биосинтеза белка. Синтез в нейронах отключали с помощью антибиотика, причем делали так сразу после того, как мышь что-то запоминала. Синапсы в таком случае оставались непрочными, и, самое главное, мышь ничего не могла вспомнить на следующий день, когда ее подвергали действию того же раздражителя, который действовал во время обучения. Получалась настоящая ретроградная амнезия - память о том, что случилось до обработки антибиотиком, исчезала, и восстановить ее с помощью обычных стимулов было невозможно.

Но те же энграммные клетки, которые должны были среагировать на ключевой стимул и которые молчали из-за ослабленных синапсов, несли в себе оптогенетические модификации. И вот если их активировали с помощью светового импульса, то память к животным возвращалась. Если отбросить подробности про специальные клетки-переключатели, синапсы и белковый синтез, то получится, что нейробиологи восстановили память с помощью световой вспышки в мозг.

Но акцент все же следует делать именно на энграммных нейронах, сколь бы странным ни казалось их название для непривычного слуха. Ранее в лаборатории Тонегавы удалось показать, что за включение памяти отвечает не какая-то одна клетка, а нервный контур из нескольких таких нейронов. С учетом новых данных исследователи предлагают следующую схему того, как организована память в мозге млекопитающих (а, возможно, вообще у большинства животных, имеющих центральную нервную систему). Основной ее момент состоит в том, что за хранение и активацию памяти отвечают разные структуры - группы энграммных клеток опекают другие нервные цепочки, хранящие блоки информации, и нейроны акивации можно в некотором смысле сравнить с библиотекарями, выдающими книги по запросу. Причем взаимоотношения между нейронами активации и нейронами хранения могут быть разными, например, одна активирующая сеть может действовать сразу на несколько единиц памяти, и конкретные взаимосвязи между теми и другими еще надо как следует изучить.

Конечно, это не значит, что ухудшение или утрата памяти происходит только из-за неполадок в энграммных клетках, проблемы могут начаться и в "главном хранилище". Однако с практической точки зрения все равно полезно знать, на какие нервные клетки нужно подействовать, чтобы восстановить давно забытые воспоминания, ведь может быть так, что сами воспоминания никуда не делись, просто нужно "разбудить" клетки, которые за них отвечают.