Случайный глюк памяти

Новая работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, подрывает классические представления о том, как формируются воспоминания в мозге. Раньше считалось, что главные мастера памяти — нейроны: именно их связи обеспечивают хранение нашего прошлого. Но исследователи обнаружили, что важную роль тут играют астроциты — своеобразные «звёздные» вспомогательные клетки мозга, которые раньше относили к статистам. Астроциты выдают спонтанные (проще говоря — случайные) электрические сигналы, и именно эти вспышки, как выяснилось, закрепляют долгосрочные воспоминания.

Долгие годы астроциты считались всего лишь «клеем» для нервной системы — подкармливают, поддерживают форму, не мешают нейронам работать. Но правда оказалась фееричнее: когда нейроны отправляют химические сигналы, астроциты отвечают своим внутренним «салютом» кальция. Этот фейерверк, сначала списанный на фоновые шумы, неожиданно оказался ключом к памяти.

Команда учёных из Италии и Испании (Габриэле Лози, Беатриче Виньоли, Джорджо Карминьото и Марко Каносса с коллегами) решила проверить: а не скрывается ли польза в этом якобы хаотичном фоновом шуме? Они изучали периринальную кору мышей — область, отвечающую за узнаванием объектов (тот самый эффект «о, я тебя помню»).

Гипотеза была проста — если эти импульсы влияют на закрепление памяти, то их подавление должно лишить воспоминания прочности. Проверяли так: наблюдали за вспышками кальция в астроцитах под микроскопом в живых срезах мозга, используя специальные флуоресцентные метки. Важно: даже заглушая электроактивность нейронов ядовитыми веществами, спонтанные вспышки в астроцитах продолжались. То есть — эти клетки действительно «хаотят» сами по себе.

Дальше — интереснее. Учёные стимулировали нейроны, вызывая так называемую долговременную потенциацию — клеточную основу формирования памяти — и следили: насколько прочной получится новая связь? А потом глушили астроцитарные сигналы, используя генетические инструменты. Результаты впечатлили: если убить спонтанные «вспышки» кальция, память рушится. Связи между нейронами сначала укрепляются, а через час исчезают — словно ничего и не было.

Причина кроется в белке BDNF — это такой «удобритель» для мозга, который нужен для укрепления связей. Астроциты выбрасывают BDNF в ответ на свои собственные случайные сигналы — и только это подпитывает нужные нейронные связи, заставляя память прописаться в мозгу. Итальянские учёные доказали: если добавить в ткань мозга BDNF вручную, когда астроциты подавлены, память удаётся спасти — связи остаются.

За микроскопом последовали эксперименты с живыми мышами. Стандартный тест на память: нужно узнать знакомый и новый предмет. Обычно мыши залипают на новеньком — им не интересны старые игрушки. Но если заглушить спонтанную активность астроцитов сразу после обучения, через сутки мыши уже ничего не помнят — интерес к объектам делится пополам, память не фиксируется.

Есть и нюанс: если прекратить хаотическую активность астроцитов только спустя несколько часов после знакомства с объектом, память остаётся крепкой. Значит, вспомогательные клетки важны в «критический момент», когда прошедшее событие только «печатается» в нейронах.

Главный парадокс — в самой непредсказуемости этих сигналов. Вспышки кальция в мелких участках астроцита — чистая случайность, «стохастика». Это не ошибка природы, а тонкая система фильтрации: только те связи, которые вовремя получат дозу химической поддержки, останутся навсегда. Остальное забудется.

Наблюдения показывают: глобальный ответ астроцита на стрельбу нейронов — штука мощная, но для памяти бесполезная. Только локальный хаос даёт нужный результат. Но не всё так просто: эксперименты ставились на мышах, а мозг человека устроен ещё сложнее. Не ясно, сработает ли этот механизм у людей так же. Также остался открытым вопрос: откуда в собственной активности астроцита берётся этот самый случайный характер и как его можно регулировать.

Учёные уже планируют расширить спектр исследований: изучить другие отделы мозга, узнать, как хаос астроцитов влияет на другие типы памяти и изучить, какие сбои могут возникать при болезни Альцгеймера и других формах деменции. Если гипотеза верна — исправив хаос, можно попробовать вернуть утраченную память. Эта идея рискует стать сенсацией медицины будущего.

В итоге привычное клише «всё дело в нейронах» уходит в прошлое. Оказывается, наша способность хранить воспоминания зависит не только от упорных усилий нервных клеток, но и от дерзкого случая — работы клеток, которые долго считались серыми мышками мозга.