Новости Календарь

Улитки ответят за нашу память

В рамках Зимней научной школы «Современная биология и биотехнологии будущего», которая сейчас проходит в пригороде Пущино, Павел Балабан, директор Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии, прочитал лекцию о механизмах нейропластичности. Начал он ее с видеороликов про морского ангела – сначала просто парящего в толще воды, а потом пожирающего морского черта. Это такое невероятное мимими, что не полюбить моллюсков и их нервную деятельность было уже совершенно невозможно. 


Лучшее животное в мире

Биологи любят моллюсков уже много лет. Именно работа с моллюсками обеспечила две ключевые в нейрофизиологии Нобелевские премии: кальмар помог раскрыть природу проведения нервного импульса (премия 1963 года), а улитка аплизия – понять молекулярные механизмы синаптической пластичности (премия 2000 года). Дело в том, что у моллюсков очень простая нервная система – улитке хватает всего 20 тысяч нейронов (у человека 86 миллиардов только в головном мозге). 


При этом некоторые нервные клетки у моллюсков очень крупные, миллиметрового размера, то есть они видны невооруженным глазом.


В общем, в них легко и приятно втыкать микроэлектроды для измерения потенциалов, поливать нейромедиаторами и вообще всячески экспериментировать. В то же время для существ с такой примитивной нервной системой у моллюсков потрясающе сложное поведение. «У улиток есть все формы обучения, о которых вы слышали, – восхищается своим объектом Павел Балабан, – включая цепные условные рефлексы и так далее. Ну вот, может быть, артистической деятельности у них какой-нибудь нет, хотя я видел картины, нарисованные улитками!» 

В лаборатории Балабана улиток учат ассоциативным модификациям оборонительного поведения. Если улитка находится на ровной поверхности, то ее жизнь прекрасна: ее там кормят. А вот если улитка ползет по шару, то ее мало того что не кормят, а еще и бьют током. Через несколько дней улитка привыкает бояться шара: оказавшись на нем, она сразу втягивает рожки, сжимается и ждет, что сейчас ей будет плохо. С точки зрения нейрофизиологии это означает очень простую вещь: у улитки изменилась структура синапсов. Связь между сенсорными нейронами, участвующими в распознавании поверхности, и нейронами, вызывающими втягивание рожек при ударе током, стала прочной: синапсов в этой цепи теперь больше, и на каждом выросло количество рецепторов. Нервный импульс теперь будет устремляться по проторенной дороге. Другими словами, сформировалась долговременная память.


Чтобы забыть, надо запомнить 

Этот процесс подробно изучен, и в него можно вмешиваться. Скажем, если заблокировать серотонин, необходимый для обмена информацией между нейронами, то бедная улитка всю жизнь будет доверчиво ползти по шару, так и не запомнив, что здесь опасно. Но интереснее другое: как заставить улитку забыть о травмирующем опыте?

Самый очевидный способ – пустить ее ползать по шару и перестать бить там током, а начать, наоборот, кормить. Через несколько дней животное расслабится и будет доверчиво ползать и есть морковку. Но выясняется, что такое забывание – это вовсе не пассивный процесс затухания нервных импульсов, а новая активная перезапись информации. Можно справиться и быстрее: в первый же день, когда обученная улитка возвращается на шар и сжимается там от страха, накормить ее блокаторами синтеза белка – например, анизомицином. Уже на следующий день улитка не вспомнит, что она когда-то боялась шара: в тот момент, когда это событие снова происходило с улиткой и должно было перезаписаться в долговременную память, белки не синтезировались, так что вся информация была утрачена. «Этот феномен реконсолидации показан на всех животных, включая человека, – говорит Балабан. – И точно в такой же ситуации, ну, кроме человека, потому что блокаторы синтеза белка ядовитые, их нельзя давать людям».


Есть и более сложная многоходовка: если взять обученную улитку, посадить ее на шар, чтобы она вспомнила о прошлых страхах, и ввести ей анизомицин, то улитка должна перестать бояться. 


Но для того чтобы забыть о страхе, то есть перезаписать воспоминания, ее нейронам нужны молекулы монооксида азота (NO). «Это бесчинствующая молекула, – жалуется Балабан. – Она проникает везде, она очень маленькая, очень мало хранится, сразу захватывается, метаболизируется, продуцируется почти везде в нервной, и не только в нервной системе, во всех системах организма. Поэтому, когда с ней пытаешься работать, то получаешь всегда эффекты. Вот что они означают, это другой вопрос». Но в данном случае эффекты поддаются истолкованию: если заблокировать NO, то память, которая должна исчезнуть, не исчезает. Параллельно присутствующие блокаторы синтеза белка предотвращают формирование любой новой памяти, но в отсутствие оксида азота никакие экспериментальные условия не заставят стереть старую память об опасности шара, выработанную чуть ли не месяц тому назад.


Самая главная молекула памяти 

Вероятно, этот эффект связан с тем, что для забывания былой опасности NO необходим, чтобы вывести из строя протеинкиназу М-зета. «Гипотеза как раз в том, что, скорее всего, идет стирание памяти именно вот таким образом, – объясняет Балабан. – И оно очень локальное, потому что при напоминаниях мы не бьем током животное, ничего. Но нейроны, которые участвуют в восприятии, в осознании того, что это вот та среда, – оказывается, они работают даже с большей частотой, чем при обучении».

Who is PKM-zeta? А вот: протеинкиназа М-зета – это самая главная молекула памяти. На нее всегда все замыкается. То есть вообще-то в памяти участвуют горы биохимических путей, и при нарушении любого из них какие-нибудь процессы портятся. Но протеинкиназа М-зета – это та звезда, при блокировании которой портится не все подряд, а только красиво и выборочно стирается долговременная память. 


Нейроны ведь живые, и все белки в них все время разрушаются, а память при этом хранится неделями, месяцами и годами.


Это потому, что в нейронах, вовлеченных в память о чем-нибудь важном, есть протеинкиназа M-зета, которая все время запускает заново синтез самой себя.

Протеинкиназа М-зета, наверное, входит в пятерку самых знаменитых молекул, изученных в последнее десятилетие. Дело в том, что ее блокировка позволяет начисто стереть долговременную память о неприятном опыте у крыс, а увеличение ее концентрации, наоборот, долговременную память укрепляет. Когда все это выяснилось, был большой шум, все пели и танцевали и были уверены, что со дня на день мы сможем произвольно стирать у людей воспоминания о неприятных событиях и закреплять полезные и приятные воспоминания. Когда-нибудь и правда наверняка сможем, но вот только что, в 2013 году, история сильно усложнилась: подросли генномодифицированные мыши, у которых вообще нет никакой протеинкиназы М-зета, и выяснилось, что такие мыши вполне запоминают информацию. Самое интересное, что блокаторы протеинкиназы М-зета по-прежнему плохо влияют на память и у этих животных, что уже вовсе ни в какие ворота не лезет. Следите за новостями, все самое интересное еще только начинается.

Предыдущий материал

Как квантовые точки завоевывают рынок

Следующий материал

Как работает научный краудфандинг: 5 лучших проектов