Физические механизмы формирования и воспроизведения памяти все еще нуждаются в полном понимании. На клеточном уровне память, как полагают, кодируется ансамблями нейронов, известными как энграммы, которые активируются во время обучения и контролируют извлечение памяти.
Астроциты, глиальные клетки, расположенные рядом с нейронами, поддерживают нейротрансмиссию и способствуют пластичности цепей. Астроциты также демонстрируют пластичность, зависящую от опыта, но участвуют ли конкретные группы астроцитов в восстановлении памяти, остается неясным.
Новое исследование ученых из Медицинского колледжа Бейлора меняет наше понимание памяти. Команда Бейлора расширила традиционный взгляд на память, сосредоточенный на нейронах, продемонстрировав, что астроциты — звездообразные, ненейрональные клетки — также играют роль в хранении памяти. Они обнаружили, что астроциты работают с нейронными ансамблями, называемыми энграммами, для регулирования как хранения, так и извлечения воспоминаний. Исследование было опубликовано в журнале Nature.
«Преобладающая идея заключается в том, что формирование и воспроизведение воспоминаний задействуют только нейронные энграммы, которые активируются определенным опытом, а также удерживают и извлекают воспоминание», - сказал соавтор исследования Бенджамин Денин. «Наша лаборатория имеет долгую историю изучения астроцитов и их взаимодействия с нейронами. Мы обнаружили, что эти клетки тесно взаимодействуют друг с другом, как физически, так и функционально, и что это необходимо для правильной работы мозга. Однако роль астроцитов в хранении и извлечении воспоминаний ранее не исследовалась».
Исследователи разработали новый набор лабораторных инструментов для выявления и изучения активности астроцитов, участвующих в цепях памяти в мозге. В ходе их экспериментов мышей приучали чувствовать страх и замирать при столкновении с определенной ситуацией. Позже, когда мышей возвращали в ту же ситуацию, они замирали в ответ, демонстрируя припоминание памяти. Однако, если мышей помещали в другую ситуацию, они не замирали, что указывало на то, что они не помнили новый контекст.
«Работая с этими мышами и нашими новыми лабораторными инструментами, мы смогли показать, что астроциты играют роль в восстановлении воспоминаний», - добавил соавтор исследования Вукбонг Квон.
Исследователи показали, что во время событий обучения, таких как обусловливание страха, подгруппа астроцитов в мозге активирует ген c-Fos. Астроциты, экспрессирующие c-Fos, затем регулируют функцию мозговых цепей в этой конкретной области, влияя на обработку памяти и вспоминание.
«Астроциты, экспрессирующие c-Fos, физически близки к нейронам энграмм. Более того, мы обнаружили, что нейроны энграмм и физически связанный с ними ансамбль астроцитов также функционально связаны. Активация ансамбля астроцитов специфически стимулирует синаптическую активность или связь в соответствующей нейронной энграмме. Эта связь астроцитов и нейронов протекает в обоих направлениях; астроциты и нейроны зависят друг от друга», - пояснил соавтор исследования Майкл Р. Уильямсон.
Когда мышей помещали в нестрашную среду, они не замирали. Однако когда исследователи активировали определенный ансамбль астроцитов, связанный с памятью, мыши замирали, что демонстрирует, что активация астроцитов может вызывать вспоминание.
Чтобы лучше понять, как ансамбли астроцитов опосредуют этот процесс, исследователи сосредоточились на гене NFIA. Хотя их лаборатория ранее показала, что астроцитарный NFIA регулирует контуры памяти, все еще было определено, действует ли он в ансамблях астроцитов для координации хранения и вызова памяти.
Команда обнаружила, что астроциты, активированные во время событий обучения, имеют более высокие уровни белка NFIA. Когда они предотвращали выработку NFIA в этих астроцитах, вспоминание памяти подавлялось. Важно то, что это подавление было специфичным для памяти. Когда ген NFIA был удален из астроцитов, активных во время события обучения, животные не могли вспомнить конкретное воспоминание, связанное с этим событием. Однако они все еще могли вспомнить другие воспоминания.
«Эти результаты говорят о природе роли астроцитов в памяти. Ансамбли астроцитов, связанных с обучением, специфичны для данного события обучения. Ансамбли астроцитов, регулирующие припоминание пугающего опыта, отличаются от тех, которые участвуют в припоминании другого опыта обучения, и ансамбль нейронов также отличается», - резюмировал Денин.
