Как мозг хранит воспоминания: ученые изучали рыб, чтобы ответить на этот вопрос

Но визуализация и отображение синапсов — это довольно сложная задача. Во-первых, синапсы очень малы и расположены близко друг к другу - они примерно в 10 миллиардов раз меньше самого маленького объекта, который может распознать стандартная клиническая МРТ. Во-вторых, окружающая синапсы ткань непрозрачна, поэтому наблюдать за сигналами проблематично.

Однако ученым из Университета Южной Калифорнии (США) удалось разработать новый способ наблюдения за образованием воспоминаний. И в этом им помогли рыбки данио-рерио (зебрафиш или зебраданио).

Для проведения своего исследования специалисты обратились к маленьким рыбкам данио-рерио, которые обычно используются для изучения вопросов в области нейробиологии. Эти рыбы имеют достаточно развитый мозг и прозрачные головы, так что ученые могут буквально заглянуть внутрь.

Как мы уже отметили, синапсы мозга слишком малы, чтобы их можно было визуализировать обычными способами. Поэтому исследователи использовали несколько новых приемов, чтобы выделить их. Они генетически модифицировали рыб, чтобы их синапсы могли флуоресцировать (как бы светиться в темноте), а затем с помощью нового типа лазерного микроскопа наблюдали за процессом формирования воспоминаний.

Исследователи использовали метод классического кондиционирования (его также называют Павловским методом), чтобы создать у рыбок новые воспоминания. Он представляет собой поведенческую процедуру, при которой биологически мощный стимул (например, еда) сочетается с ранее нейтральным стимулом (например, звонок). В эксперименте ученые нагревали головы рыбок инфракрасным лучом (мощный стимул), который был им не слишком приятен, и данио-рерио начинали активно махать хвостом, чтобы уплыть (нейтральный стимул). Постепенно исследователи добавили к инфракрасному лучу видимый свет, и после нескольких тренировок рыбы начали усиленно махать хвостом в ответ на увеличение освещенности. Таким образом, у них сформировалось ассоциативное воспоминание, что свет связан с жарой, а значит, нужно уплывать.

В результате ученые смогли составить 3D-карты мозга рыбок, на которых отмечали изменения в синапсах. Оказалось, что во время формирования нового воспоминания или ассоциации (когда рыбки раз за разом усваивали, что от света и тепла нужно уплывать) происходило не укрепление синапсов, как считалось ранее, а образование новых. При этом старые синапсы уничтожались.

Ассоциативные воспоминания, как правило, намного сильнее, чем другие типы воспоминаний, например, о том, что вы ели на обед. Более того, ассоциативные воспоминания, сформированные с помощью метода классического кондиционирования, считаются аналогичными травматическим воспоминаниям, вызывающим посттравматическое стрессовое расстройство ПТСР.

В настоящее время наиболее распространенное лечение ПТСР является экспозиционная терапия, при которой происходит многократное воздействие на пациента безвредного стимула, подавляющего неприятное воспоминание о травмирующем событии. Эта процедура как бы косвенно изменяет синапсы мозга, но несмотря на некоторые успехи в проведении экспозиционной терапии, пациенты склонны к рецидивам. Это говорит о том, что глубинное воспоминание, вызывающее травматическую реакцию, не устраняется.

Таким образом, чтобы наверняка определить, может ли удаление синапсов стереть воспоминание, необходимо провести дополнительные исследования. Ученые планируют использовать аналогичные вышеописанному методы на данио-рерио и на лабораторных мышах, чтобы понять, как удаление синапсов изменяет ассоциативные воспоминания.