Согласно новому исследованию, проведённому учёными из NYU Langone Health, недавно расшифрованные нейронные связи делают воспоминания более устойчивыми в процессе обучения.
Исследование, опубликованное в онлайн-издании Science 30 октября, показывает, что активность сигнальных путей, соединяющих две области мозга — энторинальную кору и область СА3 гиппокампа, — помогает мышам кодировать в нейронных сетях карты мест.
Предыдущие исследования показали, что энторинальная/гиппокампальная система играет ключевую роль как в формировании памяти, так и в воспроизведении воспоминаний путём завершения паттернов на основе частичных подсказок. Для надёжного воспроизведения необходимо, чтобы гиппокампальные карты местности оставались стабильными, несмотря на некоторые изменения в окружающей среде.
По словам авторов исследования, проблемы с нейронными вычислениями в области CA3 могут приводить к симптомам, схожим с симптомами шизофрении или посттравматического стрессового расстройства, когда нарушается стабильность и точность воспоминаний. В таких случаях хлопок воздушного шарика на вечеринке может вызвать реакцию страха, когда мозг солдата ошибочно воспринимает его как взрыв бомбы.
Наше исследование, в котором основное внимание уделяется стабильности репрезентаций в гиппокампе, восполняет существенный пробел в понимании того, как сигналы, поступающие на большие расстояния, управляют нейронными цепями, необходимыми для воспроизведения воспоминаний.
Джайита Басу, доктор философии, старший автор исследования, доцент кафедры психиатрии и нейробиологии медицинского центра Лангоне при Нью-Йоркском университете
«Более глубокое понимание механизмов, поддерживающих пространственную память, может помочь в разработке более точных методов лечения заболеваний, влияющих на память», — добавил Басу, сотрудник Института трансляционной нейробиологии при медицинском центре Лангоне при Нью-Йоркском университете и недавний лауреат Президентской премии для молодых учёных и инженеров.
Повторяющиеся действия формируют шаблоны памяти
Новое исследование посвящено клеткам мозга, называемым нейронами, которые «возбуждаются» — то есть быстро меняют баланс положительных и отрицательных зарядов — для передачи электрических сигналов, координирующих мысли и воспоминания.
Когда заряд достигает конца отростков одной из клеток мозга, это приводит к высвобождению нейромедиаторов, которые перемещаются через пространство между одной клеткой и другой. На другой стороне они соединяются с белками, которые, в зависимости от их природы, либо стимулируют возбуждение следующей нервной клетки (возбуждение), либо подавляют его, как утверждают исследователи.
Такое сочетание возбуждения и торможения обеспечивает баланс, который преобразует «шум» в мысли. Этот баланс сохраняется, когда мозг не обучается (находится в состоянии покоя). Однако во время обучения усиление возбуждения кодирует новые воспоминания, а паттерны активности нейронов определяют специфику воспоминаний, которые они представляют. Повторная активация этих нейронов в заданном паттерне вызывает конкретное воспоминание и соответствующее поведение — например, мышь запоминает, что в одном лабиринте её ждёт сахарный раствор, а в другом — нет.
Текущее исследование сосредоточено на нейронах с длинными отростками, которые координируют активность отдалённых участков мозга. Мало что известно о том, как сигналы от клеток, находящихся на большом расстоянии, влияют на локальные цепи, когда мозг сопоставляет стабильные шаблоны (уже известные) с новыми данными (о постоянно меняющемся опыте) для формирования воспоминаний.
Исследовательская группа установила, что два типа длинных отростков, идущих от латеральной энторинальной коры к области CA3, одновременно подают сигнал, стабилизирующий активность обучающих сетей клеток мозга. В частности, было обнаружено, что длинные возбуждающие глутаматергические (LECGLU) и тормозные ГАМКергические (LECGABA) отростки повышают активность ансамблей взаимосвязанных нейронов, поддерживая процесс обучения.
Авторы исследования изучили взаимодействие между дальними входами LEC и цепями CA3 на уровне отдельных клеток. Было обнаружено, что LECGLU вызывает возбуждение в CA3, а также прямое торможение, которое корректирует возбуждение, в то время как LECGABA подавляет это локальное торможение, чтобы ослабить (стимулировать) активность CA3. Такое комбинированное действие поддерживает стабильность в CA3, запуская повторяющуюся активность в определённых цепях, кодирующих воспоминания о местах.
«В этой работе проанализирован механизм, с помощью которого мозг усиливает возбуждение клеток мозга, чтобы уделять больше внимания определённой сенсорной информации, ослабляя торможение в ключевых микросхемах», — говорит первый автор исследования Винсент Роберт, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Басу. «Команда подробно описала механизм, который регулирует взаимодействие между возбуждением, торможением и растормаживанием в процессе формирования контекстно-зависимой памяти и стабильности карты местности».
Помимо Басу и Роберта, авторами исследования, проведённого на факультете неврологии в Медицинском центре Лангоне при Нью-Йоркском университете, являются Килин О’Нил, Джейсон Мур, Шеннон Рашид, Кара Джонсон и Родриго Де Ла Торре из лаборатории Басу. Другими авторами являются Борис Земельман из Центра изучения обучения и памяти при Техасском университете в Остине и Клаудия Клопат из Департамента биоинженерии Имперского колледжа Лондона, соруководитель проекта Басу в рамках гранта R01 Инициативы BRAIN Национального института здравоохранения (NIH).
Финансирование исследования было предоставлено грантами NIH 1R01NS109994, 1R01NS109362-01, 1RM1NS132981-01, 5T32MH019524-30, учебным грантом T32GM007308, 3R01MH122391-04S1, R01MH122391, 1U01 NS099720 (BVZ) и 1U01 NS094330. Кроме того, поддержку оказали стипендия Макнайта в области нейробиологии, стипендия Клингенштейна-Саймонса в области нейробиологии, исследовательский грант Ассоциации по борьбе с болезнью Альцгеймера для поощрения разнообразия, исследовательская стипендия Слоуна, премия Фонда Мазерса, исследовательский грант Фонда Уайтхолла, исследовательская премия Американского общества по борьбе с эпилепсией для молодых исследователей, исследовательский грант Бласа Франджионе для молодых исследователей от Нью-Йоркского университета, премия Фонда Леона Леви, премия Бетанкур для молодых исследователей и фонд «Эмеральд».
Источник:
Здоровье Нью - Йоркского университета в Лангоне
Ссылка на журнал:
Роберт В., и др. (2025). Глутаматергические и ГАМКергические входы в кору головного мозга поддерживают стабильность гиппокампа, обусловленную обучением. Science. doi.org/10.1126/science.adn0623
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся