Гиппокамп – область мозга, в которой формируются новые воспоминания, и для этого критически важны как медленная, так и быстрая фазы сна. Кроме того, эта одна из трех зон, где образуются новые нейроны. Как выяснили японские ученые, во время быстрой фазы сна «усваиваются» воспоминания, зависимые от контекста, и для этого необходимо участие именно этих молодых нейронов. Подробности работы опубликованы в журнале Neuron.

Микроэндоскоп, встроенный в гиппокамп мышей и улавливающий «вспышки» активирующихся во время обучения и быстрого сна молодых нейронов.

Догадки исследователей, которые в 2018 году сообщили миру о том, что в гиппокампе взрослых людей нейрогенез обнаружить не удалось, не оправдались. С тех пор вышло множество работ, в которых сообщалось, что новые нейроны формируются даже у 90-летних людей и пациентов, страдающих болезнью Альцгеймера, при которой нервные клетки мозга гибнут.

Нейрогенез в гиппокампе необходим как раз для формирования воспоминаний и их консолидации, то есть перезаписи из кратковременной в долговременную память, что и происходит во сне. Исследователи даже научились манипулировать этим процессом при помощи инструмента оптогенетики. Но как именно в нем участвую новые нейроны? Разные авторы уже пытались выяснить это, затормаживая или, наоборот, «разгоняя» эти нейроны, и каждый раз это приводило к нарушению запоминания информации. В очередной раз к этому вопросу подошли исследователи из Японии, США и Великобритании.

Графический абстракт работы

Ученые для того, чтобы визуализировать активность нервных клеток, создали линию мышей, в ДНК нейронов которых встроили специальный ген. На основе него синтезировался сенсор, чувствительный к кальцию. Когда молодая нервная клетка испускала электрический импульс, кальция в ней становилось много, и сенсор начинал флуоресцировать, что улавливал встроенный в мозг животных микроэндоскоп.

Кальциевая визуализация активных молодых нейронов.

В ходе эксперимента по записи воспоминаний животных помещали в клетку, и одну (контрольную) группу сразу били током, а другую (экспериментальную) – только через шесть минут, во время чего мыши запоминали контекст. На следующий день животные из первой группы вели себя в этой клетке так же, а из второй – проявляли реакция страха, что говорило об успешной связи в памяти болевых ощущений и контекста. В это время активно записывалась работа нейронов при помощи микроэндоскопа.

Хотя общая активность нервных клеток во время быстрой фазы сна снижалась, больше половины молодых нейронов, которые возбуждались во время обучения при бодрствовании, показывали свою активность и во сне. Чтобы посмотреть, как на формировании «следа памяти» скажется манипуляция с ними, ученые при помощи оптогенетики их отключили и оценили эффект при помощи четырех различных способов.

Они оценили гиппокампальные волны при помощи ЭЭГ (не изменились). Также посмотрели на экспрессию ряда генов и выяснили, что она понизилась – это говорило о нарушении работы молодых нейронов. Кроме того, изучили состояние дендритных шипиков, при помощи которых образуются новые синапсы между нейронами – оказалось, что шипики удлинились, и это говорило об ухудшении синаптической пластичности. Наконец, они убедились в том, что при нарушении работы новых нейронов нарушилась и память – животные не демонстрировали привычной реакции страха на следующие сутки.

Таким образом, авторы работы доказали, что тонкая настройка молодых нейронов во время фазы быстрого сна важна для формирования и сохранения контекстно зависимых воспоминаний в быструю фазу сна. Эта работа дополняет понимание о том, как устроены механизмы памяти и зачем нам нужны новые нейроны и адекватный сон.

Текст: Анна Хоружая

Kumar, D., Koyanagi, I., Carrier-Ruiz, A., Vergara, P., Srinivasan, S., Sugaya, Y., … Sakaguchi, M. (2020). Sparse Activity of Hippocampal Adult-Born Neurons during REM Sleep Is Necessary for Memory Consolidation. Neuron. doi:10.1016/j.neuron.2020.05.008