У каждого человека есть воспоминания, которые он старается забыть. Некоторые из них просто неприятны, вызывающие грусть, стыд, страх, а некоторые могут наносить серьезный ущерб, вызывая у человека самые настоящие психические расстройства (ПТСР, тревожное расстройство и т.д.). Если бы можно было манипулировать человеческой памятью, как данными на флешке, и удалять нежелательные, то было бы проще бороться с подобными недугами. Именно об этом и пойдет речь в рассматриваемом нами сегодня исследовании, в котором ученые указывают на то, что стимуляция определенных клеток гиппокампа может помочь «стереть» одни воспоминания и сделать ярче другие. Как именно ученым это удалось, насколько сложна подобная процедура и насколько она эффективна в борьбе с заболеваниями психики? На эти и другие вопросы мы будем искать ответы в докладе исследовательской группы. Поехали.

Основа исследования

Основным подопытным в данном труде является, как мы уже поняли, гиппокамп. Этот участок головного мозга человека, состоящий из 30 миллионов нейронов, отвечает за наши эмоции и за переход кратковременной памяти в долговременную. Помимо этого, гиппокамп также играет важную роль в обработке и хранении пространственной информации, что в результате приводит к формированию пространственной памяти. Этот аспект наших воспоминаний используется нами ежедневно и постоянно, а мы об этом и не задумываемся. Путь от дома до работы, лица знакомых и близких, как правильно держать вилку и т.д. — это все кусочки нашей пространственной памяти. Проще говоря, ее формирует все, что нас окружает.



Еще одной важной задачей гиппокампа является, как бы это странно не звучало, забывание. Именно в этом отделе мозга информация получает статус важной и сохраняется или неважной и забывается. Однако оценить по каким критериям осуществляется выборка ученые пока не могут ответить точно.

С возрастом активность гиппокампа и обновление его нейронов замедляется, именно потому уменьшение гиппокампа является одним из ярких симптомов болезни Альцгеймера.

Ученые указывают на ранее проводившиеся исследования, в которых было доказано, что разные домены (участки) гиппокампа отвечают за разные эмоции и воспоминания: дорсальные — пространственная и временная память и контекстная информация; вентральные — реакция на стресс, тревогу и эмоциональное состояние в целом.

Следовательно, если каким-то образом заполучить контроль над этими конкретными доменами, то можно изменить механизм их работы. Ранее уже проводились опыты с оптической манипуляцией клеток дорсального региона гиппокампа, позволившие управлять поведенческой экспрессией позитивных и негативных воспоминаний. Однако пока остается неизвестно будут ли иметь подобный эффект манипуляции с вентральными доменами гиппокампа.

Помимо этого исследователи отмечают важность поисков механизма взаимосвязи воспоминаний, сохраненных гиппокампом, и поведением человека. Ибо именно от того, как и почему именно та или иная информация обрабатывается (вызывается из архивов памяти, так сказать), и зависит проявление стрессов, тревоги, посттравматического расстройства и даже депрессий.

Результаты исследования

Для начала необходимо было определить какие участки гиппокампа на что и в какой степени реагируют.


Изображение №1

Для этого ученые применили индуцибельную* вирусную смесь AAV9-c-Fos-tTA и AAV9-TRE-eYFP, которую ввели в дорсальную или в вентральную зубчатую фасцию* гиппокампа мыши (самец). Эта смесь помечала нейроны зубчатой фасции, которые экспрессировали ген c-Fos в зависимости от доксициклина (Dox). В этот момент подопытные мыши наблюдали перед собой нейтральную обстановку, то есть они находились в спокойном состоянии и никаких внешних стрессов или поощрений не применялось (1А и 1B).

Индуцибельный* — фермент, который не вырабатывается клеткой, пока его синтез не индуцируется (активируется) его собственным субстратом или другим близкородственным соединением.

Зубчатая фасция* (зубчатая извилина) — зазубренная извилина, расположенная в глубине борозды гиппокампа и переходящая в ленточную извилину.

У мышей без Dox во время изучения окружающей информации увеличивалась экспрессия eYFP (т.е. eYFP+) в дорсальной и вентральной зубчатых фасциях, в отличие от контрольной группы испытуемых с Dox (1G, 1H, 1J и 1K).

На второй день у мышей наблюдалось значительное увеличение числа клеток eYFP+ и c-Fos+ именно в дорсальной части, а не в вентральной (1C-1F, 1I и 1L). Это подтверждает важность дорсального домена гиппокампа в процессе распознавания окружающей обстановки.

Далее ученые решили проверить активность клеток зубчатых извилин во время формирования страха и во время воспроизведения воспоминаний, связанных с ним, на следующий день.

Испытуемые мыши, как и в предыдущем тесте, получили укол вирусной смеси, потом им перестали давать Dox. Через 48 часов после этого мышей поместили в камеры, где к ним применялись 4 слабых разряда электрического тока (через пол камеры) с временным промежутком в 180 секунд. После этого мышей вернули в камеры с нейтральной обстановкой и вновь начали давать доксициклин (Dox).

На следующий день этих мышей опять поместили в шоковые камеры (при этом разряды уже не применялись) для воспроизведения чувства страха у них (2А и 2В).


Изображение №2

Данные мозга были собраны спустя 90 минут пребывания мышей в камере, после чего ученые смогли оценить число клеток eYFP и c-Fos в дорсальной и вентральной зубчатых извилинах.

Как и ожидалось, в обоих участках гиппокампа (дорсальном и вентральном) сильно возросла реактивация клеток (2C-2E). Это объясняется тем, что оба эти участка играют роль в формировании воспоминаний, связанных с определенными эмоциями.

Промежуточный итог таков: клетки зубчатых извилин в дорсальной области реактивируются после пребывания мышей в нейтральной и в стрессовой обстановке; а вот клетки из вентральной области реактивируются исключительно после стрессовой.

В следующем этапе исследования ученые поставили перед собой задачу выяснить будет ли точная оптогенетическая* активация клеток вдоль продольной оси гиппокампа влиять на поведение, связанное с аппетитом и страхом.

Оптогенетика* — метод исследования нервных клеток посредством внедрения в их мембрану опсинов (светочувствительных рецепторов), которые реагируют на свет.

Подопытным мышам в дорсальную или вентральную области ввели зависимый от активности вирусный коктейль, экспрессирующий канал-родопсин-2 (ChR2). После на месте инъекции были имплантированы оптические волокна (2F и 2H).

Применение доксициклина было прекращено для маркировки клеток, ответственных за реакцию на следующие сценарии: нейтральная обстановка; стрессовая обстановка (применение электрического тока через пол камеры) и размещение в камере самки (2G).

Ученые активировали воспоминания, связанные со страхом, через дорсальные или вентральные части гиппокампа. Это приводило к замиранию самца-подопытного, что является стандартной реакцией мышей в случае опасности (2I, 2J, 2L и 2M).

Активация воспоминаний, связанных с нахождением самки в камере, приводила к перемещению самца в тут точку камеры, где была самка. То есть самец помнил, что вчера она стояла в левом углу, например, и при активации гиппокампа он перемещался именно туда.

А вот активация воспоминаний, связанных к нейтральной обстановкой, не вызвала никакой реакции у самца-подопытного, что также вполне ожидаемо (2K и 2N).

Вышеописанные опыты и их результаты практическим путем подтверждают, что дорсальная и вентральная области гиппокампа участвуют в формировании страха и воспоминаний, связанных с ним. Управление этими участками посредством реактивации определенных клеток позволяет вызывать у подопытных поведенческую экспрессию страха. Другими словами, эти опыты подтвердили факт возможности манипулировать воспоминаниями и эмоциями посредством управления гиппокампом.

Наконец, исследователи приступили к экспериментам, которые должны были ответить на вопрос — можно ли внести долговременные изменения в поведение, связанное с воспоминаниями, посредством внешнего воздействия.

Все подопытные сначала прошли этап со стрессовой камерой (обстановка А), после чего в камеру помещалась самка, следом была нейтральная обстановка и вновь стрессовая (обстановка В).

После проведения подготовки ученые провели процедуры реактивации клеток дорсальной и вентральной областей гиппокампа мышей (сеансы по 10 минут, 2 раза в день в течение 5 дней). Спустя еще 24 часа после реактивации был проведен поведенческий тест без применения световой стимуляции (3А).


Изображение №3

Процедура стимуляции дорсальной области у мышей, которые прошли стрессовый этап (4 разряда тока), показало значительное снижение реакции замирания (3B). А вот стимуляция вентральной области мышей, на которых воздействовали лишь одним разрядом, показала усиление реакции замирания (3С).

Дабы удостовериться, что подобные отличия в поведении подопытных не связано с работой базолатеральной миндалины, которая играет важную роль в обработке именно страха и стрессов, ученые использовали специальные рецепторы, которые активируются только на препарат DREADD. Это позволило ослабить базолатеральную миндалину во время проведения стимуляции гиппокампа (3D и 3E). За счет клозапин-N-оксида (CNO) была снижена активность cFos в hM4Di-экспрессирующих клетках, а исследуемые клетки остались нетронуты (3F и 3H).

Ученые отмечают, что хемогенетическое ингибирование обрабатывающих страх клеток базолатеральной миндалины во время стимуляции дорсальной области гиппокампа не предотвратило подавление реакции замирания (3G). То есть, клетки базолатеральной миндалины говорят мозгу, что должно быть страшно и нужно замереть на месте, но стимуляция дорсальной области гиппокампа аннулирует этот сигнал, утрировано говоря.

Самое любопытное в том, что усиление реакции замирания при стимуляции вентральной области нарушилось ввиду внедрения клеток базолатеральной миндалины (3Н). Опять же утрировано, то есть в случае вентральной области клетки базолатеральной миндалины смогли обойти стимуляцию и снизить реакцию замирания. Получается, что мы наблюдаем противоположные реакции в случае стимуляции дорсальной и вентральной областей.

Таким образом становится понятно, что влияние базолатеральной миндалины достаточно значимо, ибо ее механизм обработки страха и стрессов отличается от аналогичного в гиппокампе и является более первичным.

В отсутствие CNO подопытные, прошедшие стимуляцию клеток гиппокампа, ответственных за страх, показали реактивацию клеток в дорсальной и вентральной областях при возвращении в нейтральную обстановку (3K и 3L). Однако эти изменения были на уровне случайности, то есть весьма незначительны. При этом в группах мышей, которым стимулировали только вентральную область, наблюдалось значительное увеличение совпадения обработки страха клетками базолатеральной миндалины и активными клетками во время воспроизведения воспоминаний, связанных со страхом (3K и 3L).

В совокупности эти данные подтверждают, что реактивация клеток зубчатой извилины устойчиво изменяет нервную активность как в исследуемых клетках зубчатой извилины, так и в базолатеральной миндалине. А это говорит о том, что перепрограммировать клетки, обрабатывающие воспоминания, достаточно реально.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.

Эпилог

Данное исследование не только на практике подтвердило факт того, что разные участки гиппокампа отвечают за разные, хоть и связанные между собой процессы, но и продемонстрировало реальную возможность влиять на процесс обработки воспоминаний извне.

Как я уже говорил ранее, у всех есть то, что мы были бы рады забыть. Болезненные воспоминания могут влиять на настоящее и будущее человека, в зависимости от степени болезненности, так сказать. Конечно, в случае манипуляций с памятью могут возникнуть морально-этические вопросы: должен ли человек забывать что-то; а если кто-то использует подобную методику, чтобы избежать ответственности; а если кто-то применит эту программируемую амнезию на ком-то без его согласия и т.д.

С появлением новой технологии или методики, которые вмешиваются в процессы, ранее недоступные для манипуляций, всегда вызывают много споров. Всегда будут противники и сторонники. Однако, если верным образом ограничить использование технологий, которые в дурных руках могут служить во вред, то проблем можно избежать.

Пока рано судить технологию, ибо она пока на начальном этапе. Сами же ученые не намерены останавливаться на достигнутом и будут продолжать свое исследование. По их заявлению подобная технология позволит бороться с многими психическими расстройствами, связанными с очень болезненным опытом, который многие рады забыть.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и хорошей всем рабочей недели, ребята.

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps до лета бесплатно при оплате на срок от полугода, заказать можно тут.

Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?