Наука Внутри крошечного мозга мух дрозофил лежит план формирования воспоминаний, и исследователям совсем недавно удалось выявить два гена, которые играют ключевую роль при формировании долгосрочных воспоминаний.
"Исследование может помочь нам в понимании работы нашего чрезвычайно сложного собственного мозга, а также то, как он создает долгосрочные воспоминания", - говорит ведущий специалист исследования Энн-Шын Чан (Ann-Shyn Chiang), невролог в национальном университете Цинхуа в Тайване.
Мухи дрозофилы уже давно используются в качестве моделей для того, чтобы понять, как работает память у других видов, в том числе и у людей. Большинство ученых считают, что консолидация памяти у мух дрозофил (превращение краткосрочных воспоминаний в долгосрочные) полностью происходит в области мозга, известной, как грибное тело, которое является также центром обучения и памяти (аналог у людей – гиппокамп).
Однако, используя новые генетические инструменты, Чан и ее коллеги обнаружили, что два особых нейрона, расположенных за пределами грибного тела, являются основными рабочими лошадками в формировании новых долгосрочных воспоминаний. Кроме того, они обнаружили два гена, необходимые для формирования белков, и без которых воспоминания будут заблокированы.
У человека данный процесс, скорее всего, проходит сложнее, но основные принципы примерно совпадают, при этом, Чан добавляет, что результаты исследования помогут в дальнейшем решать проблемы, связанные с нарушением работы памяти. "Если у системы работы памяти есть дефекты, то мы сразу сможем выявить что не так с соответствующими генами и обнаружить пути спасения памяти".
Большой сюрприз
Для изучения формирования долгосрочных воспоминаний у мух дрозофил, исследователи часто используют сочетание запахов и поражение электрическим током. Они воздействуют на муху сначала определенным запахом, за которым сразу же следует небольшой разряд электрического тока, далее они воздействуют на нее другим запахом, который уже не сопровождается током. Исследователи повторяют воздействие несколько раз через определенные промежутки времени, а затем проверяют память мухи, позволяя ей выбрать из двух путей движения. Двигаясь по одному из путей с конкретным запахом, муха может получить удар током, движение по второму пути не принесет ей никаких потрясений. Если у мух формируются долгосрочные воспоминания, то даже через 24 часа после обучения, они, скорее всего, предпочтут безопасный путь.
В предыдущих исследованиях ученые обнаружили, что они могли остановить формирование долгосрочных воспоминаний у мух, если давать им в пищу особый препарат, который подавляет синтез новых белков, задействованных в создании воспоминаний и укрепляющих связи между нейронами. Однако, поскольку данный препарат подавляет синтеза белков во всех клетках мозга, было невозможно определить, какие именно клетки вырабатывают белки, участвующие в работе долгосрочной памяти.
Чтобы решить эту проблему, Чан и его коллеги разработали чувствительный к температуре токсин, который отключает синтез белков именно в целевых клетках. Исследователи систематически обследовали мозг мух, анализируя деятельность конкретных нейронов, "включая и выключая" работу токсина при помощи температуры.
Эксперты обнаружили, что когда они "выключали" синтез белков в области грибного тела, то мухи дрозофилы еще были в состоянии формировать долгосрочные воспоминания. Однако, запрет синтеза новых белков в двух нервных клетках, называемых спинно-передне-боковыми нейронами, не позволяет мухам формировать долгосрочные воспоминания.
"Это был большой сюрприз для нас, и вероятно, будет большим удивлением для всех нейробиологов", - говорит Чан. Далее, специалисты внедрили мухам зеленый флуоресцентный белок, который постоянно изменяется на красный при воздействии ультрафиолетового света: периодически "подсвечивая" ультрафиолетом мозг мух, они видели старые белки в красном свете и могли проследить за формированием новых зеленых.
Более того, этот генетический инструмент позволил им выявить конкретные гены, ответственные за формирование новых белков. Флуоресцентные белки также показали, что воспоминания первоначально обрабатываются в грибовидном теле, прежде чем они перемещаются в другую часть мозга. Чан подозревает, что и другие клетки мозга также принимают активное участие в синтезе белка для формирования воспоминаний.
Понимание человеческого мозга
Джош Дубно (Josh Dubnau), специалист нейробиолог в университете Нью-Йорка, который не принимал участия в исследовании, отметил о крайней заинтересованности в результатах исследования всего научного сообщества, заявив, что если, казалось бы, такой простой организм использует несколько областей мозга для консолидации воспоминаний, то насколько же сложна система формирования долгосрочной памяти в более сложных живых существах, таких как люди.
"Это может означать, что мозг мухи дрозофилы является лучшей моделью для разработки системы, показывающей, как работает память, при этом, данное исследование крайне важно в понимании работы человеческого мозга".
