Как мышь сохраняет воспоминания после спячки

Объяснение, как хранятся воспоминания в мозге, остается одной из центральных задач нейробиологии. Распространено мнение, что структурно память основана на синаптических связях. Недавние исследования демонстрируют, что синапсы могут быть очень динамичными: дендритные шипики появляются и исчезают, структура перестраивается, а воспоминания сохраняются. Но как воспоминания могут оставаться стабильными, несмотря на обширную структурную перестройку нейронных сетей? Этот вопрос изучила группа под руководством японских исследователей — в качестве экспериментальной модели они выбрали спячку у мышей.

Во время спячки активность нейронов резко снижается, и большая часть синапсов исчезает, однако воспоминания остаются неповрежденными после возвращения животных к нормальным физиологическим условиям. Чтобы контролируемо вводить мышей в спячку, ученые хемогенетически активировали Q-нейроны — особую популяцию клеток в передне-вентральном перивентрикулярном ядре гипоаламуса. Инъекция клозапин-N-оксида (CNO), синтетического лиганда к активирующему рецептору hM3Dq в Q-нейронах, вызывала гипометаболизм и гипотермию примерно на 48 часов.

Регистрация активности отдельных нейронов области CA1 гиппокампа подтвердила, что во время спячки их активность снижалась примерно на 70%. Кроме того, происходили структурные изменения — плотность синапсов во время спячки была на 52,5% ниже, чем до нее (и на 57,2% ниже, чем после).

Однако воспоминания, приобретенные до спячки, сохранялись. Ученые подтвердили это в опытах с контекстным обусловливанием страха. Реакцию обученных мышей на стимул тестировали до спячки и через пять дней после выхода из нее. Во всех случаях мыши замирали в ассоциированном со страхом контексте, но не в нейтральном.

Затем ученые оценили нейронные репрезентации пространства в гиппокампе до и после спячки. Они регистрировали активность отдельных нейронов CA1 у мышей, которые бежали по линейному коридору, а на следующий день вводили животных в спячку. По пробуждении мыши проходили тот же маршрут, и активность нейронов CA1 соответствовала той, что наблюдалась до спячки. Кроме того, у мышей исчезали во время спячки дендритные шипики многих нейронов гиппокампа, но после спячки образовывались новые, многие — в тех же участках, где были исчезнувшие.

Таким образом, во время спячки у мышей значительно снижалась активность нейронов и исчезало больше половины синапсов в гиппокампе, а также удалялись дендритные шипики. Несмотря на это, мыши сохранили воспоминания, приобретенные до спячки, и по пробуждении нейронная архитектура их гиппокампа восстанавливалась. Авторы приходят к выводу, что память сохраняется за счет устойчивых структурных элементов, а не отдельных синапсов, и эти элементы, по-видимому, были защищены во время спячки.