Нейробиологи описали работу вновь образующихся клеток мозга у мышей – процесс, известный как нейрогенез у взрослых. Учёные показали, какую важнейшую роль эти клетки играют в формировании воспоминаний. Новое исследование также даёт понять, что происходит, когда процесс "запоминания" идёт не так как надо.

"Наш метод позволяет нам сравнить работу новорождённых и зрелых клеток. Эти результаты могут помочь учёным раскрыть роль нейрогенеза у взрослых, которую он играет", — говорит исследователь из Колумбийского института Цукермана Аттила Лошонци (Attila Losonczy).

Большинство клеток мозга образуются ещё до рождения, но некоторые участки мозга продолжают формировать новые клетки в зрелом возрасте. Одна такая область называется зубчатая извилина. Эта крошечная структура в гиппокампе – важнейший мозговой центр, который регулирует функцию запоминания и обучения. Но из-за того, что зубчатая извилина так мала и скрыта глубоко внутри мозга, учёные сталкивались с трудностями при изучении этой области.

"Один из множества неразрешённых вопросов в нейробиологии: почему природа решила пополнять клетки в этой области мозга, почему не другие? В этом исследовании мы разработали сложные методы, чтобы изучить этот вопрос более тщательно, чем это было раньше", — рассказывает Лошонци.

Предыдущие исследования показали, что клетки в зубчатой извилине, известные как гранулярные клетки, позволяют мозгу различать похожую, но всё-таки разную окружающую среду. Такой процесс, известный как "сепарация паттернов", помогает нам запоминать, где мы припарковали машину утром и что это место отличается от того, что мы использовали две недели назад.

Это можно сравнить со знаменитой сценой из фильма "Ирония судьба, или с лёгким паром!", где герой приезжает в "свою" ленинградскую квартиру, но через какое-то время понимает, что она чужая, несмотря на то, что обстановка вокруг практически одинаковая.

"Большинство гранулярных клеток находятся в зубчатой извилине с рождения, но небольшой процент – это результат нейрогенеза у взрослых, который производит новые гранулярные клетки во взрослой жизни. Мы предположили, что эти так называемые "взросло-рождённые" гранулярные клетки играют важнейшую роль в сепарации паттернов", — говорит профессор нейробиологии и фармакологии в психиатрии из Медицинского центра Колумбийского Университета и ведущий автор исследования Рене Хен (René Hen).

Используя двухфотонную микроскопию, исследователи наблюдали за работой "взросло-рождённых" гранулярных клеток в мозге мыши, когда животные бежали по беговой дорожке. Для того чтобы вызвать формирование новых воспоминаний, беговую дорожку покрыли особым материалом и посылали грызунам различные по своей природе сигналы. Так учёные смогли выяснить, как оба типа гранулярных клеток были вовлечены в процесс сепарации паттернов.

Разница, которую обнаружили исследователи, лежит в уникальном поведении "взросло-рождённых" клеток. Вскоре после того как они появляются, такие гранулярные клетки проявляют повышенную возбудимость по сравнению с их старшими "коллегами". Но после шести недель эта активность спадает. Авторы научной работы считают, что первоначальный всплеск возбудимости может быть ключом к "захвату" воспоминаний, необходимому для процесса сепарации паттернов.

Для того чтобы определить, что происходит, когда этот процесс нарушается, исследователи поместили мышей в одну среду и воздействовали на лапки животных током (разряд был небольшим, но неприятным). Затем они поместили мышей во вторую, безопасную среду, которая была похожа, но всё же отличалась от первой.

Используя оптогенетику, учёные временно заглушали работу "взросло-рождённых" гранулярных клеток во время нахождения мышей в безопасной среде. Нормальная, здоровая мышь могла отличить две обстановки и проявляла страх только в ответ на неблагоприятные условия среды. Но мыши с "заглушёнными" клетками мозга две обстановки воспринимали одинаково, животные проявляли страх везде.

"Другие исследования были не в состоянии изобразить зубчатую извилину, не говоря уже об отдельных клетках, которые находятся внутри неё, на таком уровне детализации. Мы смогли продемонстрировать, чем работа "взросло-рождённых" гранулярных клеток отличается от своих зрелых соседей, и определить, почему эта разница так важна", — говорит другой автор исследования Мазен Хейрбек (Mazen Kheirbek).

По его словам, эти результаты показывают, что "взросло-рождённые" гранулярные клетки необходимы не только для кодирования нового опыта в памяти, но также для того, чтобы мозг мог отличить один опыт от другого. "Слияние воспоминаний, какое мы наблюдали у мышей с "заглушёнными" клетками, ключевая особенность широкого спектра психологических расстройств – от тревожности и аффективного расстройства до посттравматического стрессового расстройства", — добавляет Хейрбек.

"Действительно, неспособность различать два разных, но очень похожих события довольно часто наблюдается в таких расстройствах. Понимание того, как "взросло-рождённые" гранулярные клетки влияют на поведение в мозге, является важным шагом на пути использования этого процесса в терапевтических целях", — заключает Хен.

Научная работа была опубликована в журнале Neuron.