У мышей восстановили стертые лишением сна воспоминания
https://nplus1.ru/news/2022/12/28/total-recallЭффекта удалось добиться и оптогенетически, и фармакологическиНидерландским и американским исследователям удалось несколькими способами восстановить у мышей воспоминания о предметах и их местоположении, стертые длительным лишением сна. Так они выяснили, что информация, полученная в подобных условиях, не теряется, а лишь неправильно хранится, и ее можно извлечь. Статья об этом опубликована в журнале Current Biology.
Недосып чрезвычайно распространен в современном обществе, затрагивает людей всех возрастов и влияет на многие физические и психические функции. Депривация сна после получения новой информации нарушает ее обработку и консолидацию гиппокампом, что может приводить к амнезии. За это явление отвечают взаимосвязанные процессы на молекулярном и клеточном уровне. Недостаток сна снижает уровень вторичного посредника циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) и связанной с ним протеинкиназы А (ПКА), что ослабляет долговременную потенциацию в нейронах гиппокампа. Это, в свою очередь, снижает общее число дендритных шипиков в участке CA1 и зубчатой извилине. Кроме того, в нейронах этой мозговой структуры уменьшается mTORC1-зависимый синтез белка. Сумма этих изменений сказывается на синаптической пластичности в гиппокампе и по меньшей мере отчасти лежит в основе когнитивных нарушений при депривации сна. Обратимы ли такие нарушения, и если да, то как и в какой степени, до сих пор было мало известно.
Чтобы разобраться в этом, сотрудники Гронингенского и Бостонского университетов под руководством Робберта Хавекеса (Robbert Havekes) билатерально внедрили в нейроны зубчатой извилины живых мышей оптогенетическую платформу из аденоассоциированного вектора; промотора, специфичного к фактору транскрипции c-Fos (его экспрессия служит маркером возбуждения нервных клеток); светочувствительного канального родопсина 2 и флуоресцентного красителя mCherry, а также с управляющим элементом, чувствительным к доксициклину. Благодаря этому экспрессия платформы происходит только тогда, когда нейроны возбуждаются в отсутствие этого препарата.
Подготовленных таким образом мышей подвергали тесту на память о предметах и их расположении, в ходе которого животное помещают в вольер с несколькими предметами, дают их изучить, извлекают, а затем через сутки помещают снова, предварительно поменяв некоторые предметы местами. Перемещенные предметы вызывают больший интерес, их запоминание зависит от гиппокампа и нарушается при депривации сна. После этапа обучения мышам в течение первых шести часов светового цикла не давали заснуть. Чтобы вызвать экспрессию оптогенетической платформы именно в тех нейронах, которые были задействованы в запоминании, животным прекращали добавлять в пищу доксициклин за сутки до обучения и возобновляли сразу после него.
Без отмены доксициклина при лазерной стимуляции зубчатых извилин (контрольный эксперимент) мыши, как обычно, проваливали тест после депривации сна и справлялись с ним в ее отсутствие. Оптогенетическая активация помеченных отменой препарата нейронов, задействованных в запоминании, позволяла мышам вспомнить предметы на своих местах, причем этот эффект удавалось воспроизвести при повторении лазерной стимуляции через пять и восемь дней после обучения.
Доказав таким образом, что подавленные депривацией сна воспоминания воспоизводимы в принципе, исследователи занялись поиском неинвазивного способа это сделать с потенциалом клинического применения. Для этого они воспользовались ингибитором фосфодиэстеразы 4 типа рофлумиластом. Этот препарат, повышающий уровень цАМФ в клетках, одобрен к применению при хронической обструктивной болезни легких и, как показали эксперименты, может улучшать некоторые виды памяти. В тесте на запоминание предметов и их местоположения мышам через сутки после обучения с последующей шестичасовой депривацией сна внутрибрюшинно вводили 0,03 миллиграмма рофлумиласта на килограмм массы тела или плацебо. Реакцию на предметы проверяли спустя полчаса и убедились, что после инъекции активного препарата мыши справляются с тестом не хуже, чем выспавшиеся.
Дополнительные эксперименты показали, что сочетанное применение оптогенетической активации и рофлумиласта позволяет значительно продлить и закрепить эффективность воспроизведения воспоминаний, консолидированных в условиях принудительного лишения сна.
Депривация сна производит многообразные нейробилогические эффекты, которые не ограничиваются нарушениями памяти. Еще в 1960-х годах немецкий психиатр Вальтер Шульте сообщил, что это состояние может кратковременно улучшать настроение у пациентов с депрессией. Последующие исследования указали на возможную роль нейромедиатора серотонина в этом феномене. Подробно об этом рассказывает материал «Ни сна, ни отдыха измученной душе».
P.S. Ссылка в дополнение:
Ни сна, ни отдыха измученной душе
https://nplus1.ru/material/2020/03/13/sleeplessМожет ли принудительное лишение сна помочь при депрессииИ небольшой комментарий к статье от меня.
На мой взгляд, тут ненамеренно смешивают следы памяти («записи») и воспоминания.
И если я правильно понял, информацию они помещают (или вообще приравнивают?) в «записи» (в следы памяти), а в воспоминаниях эта информация только проявляется. Это ложное представление.
Получается, что автор заметки как-то немного некорректно выразился (причём дважды):
– как таковая информация, которая выражается в воспоминании, не хранится в «записи» (как и
в любом тексте не хранится информация, а формируется внутри человека в результате взаимодействия воспринимаемых сенсорных образов и имеющегося контекста из знаний (типа, контекста из образов-воспоминаний).
– в воспоминаниях информация возникает/формируется (
в результате взаимодействия внешних, по отношению к данной локации, сигнальных потоков с локацией «записи»).
И ещё.
Например, что означает «восстановить воспоминание»?
Воспоминание и так каждый раз заново воссоздаётся (грубо говоря, восстанавливается из «записи»). Или подразумевали восстановление «записи»? Но на основе чего её восстанавливать-то? Разве есть ещё какое-то независимое внешнее и/или независимое внутреннее хранилище «записей»?
Или, что означает «неправильно хранится»? «Запись» хранится однозначно правильно, в противном случае, это не «запись» вовсе. Следует понимать, что сама правильность хранения и само наличие «записи» неотделимы друг от друга (
неправильно хранить просто физиологически невозможно). В данном случае правильность хранения является синонимом упорядоченности структуры локации, а это и есть сама «запись» (мозг в этом плане весьма отличается от компьютеров).
Полное уничтожение локации «записи» ведёт к однозначному уничтожению «записи», при частичном уничтожении локации такого не происходит –
даже по небольшим частям структура локации со временем может восстановиться (мозг и в этом плане весьма отличается от компьютера – «железо» компьютера к такому не способно).
То есть, если поменять терминологию,
исключив для простоты понятие информации, то:
– не неправильно хранились воспоминания, а просто были потеряны пути к «записям» (к следам памяти);
– не воспоминания хранились (воспоминания не хранятся, а каждый раз создаются/формируются заново из «записей»), а «записи»;
– полностью уничтоженные «записи» невозможно восстановить.
Для того чтобы «запись» активировалась и на её основе смогло сформироваться воспоминание,
необходимо как-то добраться до локализации этой «записи» и активировать её (например,
чтобы через данную локацию пошёл поток сигналов). А для этого надо сначала активировать путь до локации. И если путь (или вход на него) заблокирован, разрушен, изменён и т.д., то до «записи» не добраться. Соответственно, и воспоминание на основе этой «записи» не смогут создаться/сформироваться.
Понятно, что
локация «записи» всегда распределена по нейронным ансамблям, нейронным цепочкам и т.д., как, например, изменения состояния (в виде неких локальных изменений в химическом составе внутри клетки) нейронов этих ансамблей/цепочек. При этом
«запись» распределена не только по самим нейронам, но и по другим клеткам (по, так сказать, обслуге нейронов)
и даже по прилегающей межклеточной среде (типа, по межклеточному матриксу).
Также понятно, что сигнальный поток, проходящий через локацию «записи», должен влиться в основной сигнальный поток (
точнее, быть его составной частью) нейронной активности, который является материальной основой психического состояния в целом. Иначе, такое воспоминание (даже уже сформированное из «записи») никогда не доберётся до высших психических уровней (и, так сказать, не будет нами осознано). Скорее всего, в такой изоляции, воспоминание не доберётся даже до уровней двигательной активности (типа, врождённых или приобретённых автоматизмов, отдельных движений и т.д.) и/или гормональной активности.
Когда стимулировали пути к «записям», то и воспоминания на основе этих «записей» смогли сформироваться и включиться в общую нейронную активность.
Кстати, сам факт, что если активировать путь к следам памяти, то воспоминания вполне себе развернутся из этих следов, говорит о том, что
проблемы были именно с путём к «записям», а не с неправильным хранением этих «записей».
P.P.S. Ну, и в качестве дополнения.
Во избежание утери пути (неважно по какой причине) желательно иметь несколько путей к «записям» (если один утерян, то добраться до «записей» можно по другому пути). Создаются дополнительные пути достаточно просто и автоматически – одну и ту же «запись» надо активировать (посредством сенсорного воздействия) в разных сенсорных контекстах (по сути, в разных ситуациях и в разной обстановке). Для человека доступно создание разных контекстов и из образов-воспоминаний (то есть, разные ситуации он может себе просто представить).
Косвенные подтверждения работоспособности такого подхода можно отыскать в приёмах и способах запоминания при мнемонике – хорошо и крепко запоминаются те образы, которые ассоциативно связываются с разными другими образами, «записи» которых уже и так крепко запечатлены. И вновь запоминаемые образы гораздо легче возникают, если путей к их «записям» несколько.
Например, для того чтобы легче вспомнить дату какого-либо события, её следует запоминать и в контексте данного события (первый путь), и в другом контексте – например, подобрать какое-нибудь отношение между цифрами числа даты (второй путь). А далее, если человеку легче удаётся вспомнить операции/манипуляции с цифрами, то вспоминание самого числа ассоциативно активирует «запись» (то есть, создаёт/формирует воспоминание) и с чем было связано это число (с неким событием). Эти ассоциации (которые были созданы при запоминании даты события), по сути, являются входами на пути к «записи». И чем больше входов, тем надёжнее и легче активируется «запись» – то есть, легче вспоминается.
Разумеется, ассоциации могут быть разными – у кого-то лучше с числами, у кого-то лучше с музыкой, у кого-то лучше с некими зрительными образами и т.д. и т.п.