Астроциты гиппокампа регулируют процесс переобучения

Синаптическая пластичность — свойство нейронов мозга, необходимое для переучивания и адаптации к переменам — зависит от выброса D-серина астроцитами гиппокампа.

Credit:

anyaivanova | 123rf.com

Поскольку мы живем в меняющейся среде, мозгу важно не только узнавать новое, но и изменять уже существующие представления. То есть переучиваться. Такую способность называют «изменчивостью когнитивных процессов» (англ. — cognitive flexibility). Без нее мы не смогли бы адаптироваться к изменившейся среде и принимали бы неверные решения, полагаясь только на прошлый опыт.

Группа корейских ученых под руководством Джастина Ли опубликовала работу, в которой сообщает, что такая изменчивость напрямую зависит от клеток нейроглии астроцитов. Эти клетки не только питают и поддерживают нейроны: как выяснили авторы, они одновременно регулируют и интегрируют пластичность близлежащих синапсов, и это важно для переучивания

Ключевую роль в синаптической пластичности (изменении силы синапсов, то есть величины сигнала в уже существующем синапсе), а, следовательно, в обучении и памяти, играет NMDA-рецептор глутамата (NMDAR), расположенный на постсинаптической мембране. Считается, что более низкая когнитивная гибкость при расстройствах мозга, таких как аутизм, шизофрения и ранние стадии болезни Альцгеймера, вызвана сниженной функцией этих рецепторов.

NMDAR активируются рядом агонистов и коагонистов, однако источник одного из коагонистов, D-серина, вызывает споры. В новой работе исследователи показали, что астроциты гиппокампа могут и синтезировать D-серин, и высвобождать его через активируемый кальцием канал, называемый Best1. Ранее уже было показано, что астроциты также могут выделять глутамат через Best1, а совместное высвобождение D-серина и глутамата делает астроциты идеальными кандидатами на роль регуляторов активности NMDAR, синаптической пластичности и, в конечном счете, способности мозга к адаптации.

Исследования проводили на мышах с нокаутом гена Best1 (Best1 KO). У таких мышей отсутствовала гетеросинаптическая долговременная депрессия (long-term depression, LTD) — феномен ослабевания неактивных синапсов, важного для изменчивости когнитивных процессов, при активакции соседних синапсов, — и понижена активность NMDAR.

В водном лабиринте Морриса — бассейне с замутненной водой, где животное должно найти платформу, чтобы отдохнуть от плавания, — мыши Best1 KO обучались на начальном этапе так же хорошо, как и мыши дикого типа, и быстро запоминали положение платформы. Однако при ее перемещении на противоположную сторону у мышей Best1 KO возникли проблемы с переобучением.

Это подтверждало, что LTD опосредуется астроцитами. «Поскольку каждый астроцит находится в контакте с более чем 100 000 синапсов, астроциты могут одновременно управлять множеством синапсов и интегрировать синаптическую пластичность», — сказал Ухён Ко, первый автор публикации.

Если же работа NMDAR была восстановлена у мышей Best1 KO путем инъекции D-серина во время начального обучения, способность к переобучению также восстанавливалась. Это значит, что когнитивная гибкость определяется с момента начального обучения: ранее считалось, что синаптическая пластичность возникает только тогда, когда требуется модификация памяти.

Источники

Wuhyun Koh et al. Astrocytes render memory flexible by releasing D-serine and regulating NMDAR tone in the hippocampus // Biological Psychiatry. Published: October 20, 2021. DOI: 10.1016/j.biopsych.2021.10.012

Цитаты по пресс-релизу

Добавить в избранное

Вам будет интересно