Выключатель нейронов открыл биологам тайну памяти

Чтобы понять, как работает то или иное сложное устройство, надо иной раз его сломать. А если это устройство — мозг? Пусть всего-то лабораторной мыши. Жалко зверька. Но теперь экспериментаторы придумали революционную технику: научились произвольно включать и выключать заданную нейронную "схему" внутри живого мозга.
Учёные давно знают, что ключевым "устройством", отвечающим за запись новых воспоминаний (при обучении или получении новых впечатлений) в долговременную память, является небольшая часть мозга, называемая гиппокампом.

С ним уже не раз проводили различные эксперименты, проясняющие, как гиппокамп перекодирует информацию. И хотя он устроен куда проще, чем весь мозг в целом, даже этот небольшой "узел", нечто вроде "шины данных" в компьютере, всё ещё скрывает в себе массу тайн.

Ранее мы рассказывали, о проекте построения электронного гиппокампа. В той работе учёные снимали сигналы с нейронов и пытались вычислить, что именно делает гиппокамп со входящими импульсами и какие при этом формирует импульсы на выходе. А другая группа однажды даже построила комбинированную схему — чип и гиппокамп крысы, всё с теми же исследовательскими целями.

Зелёным показан район гиппокампа мыши, в котором техника DICE-K заблокировала передачу нервных сигналов (фото Toshi Nakashiba, MIT).
Зелёным показан район гиппокампа мыши, в котором техника DICE-K заблокировала передачу нервных сигналов (фото Toshi Nakashiba, MIT).


Однако такая стратегия анализа "чёрного ящика" — не самый продуктивный путь. Потому множество исследователей пытается тем или иным образом повлиять на гиппокамп подопытных животных, чтобы по изменениям в работе их памяти и в интеллекте понять — что происходит внутри.

Среди этих экспериментаторов — Сусуму Тонегава (Susumu Tonegawa) и его коллеги из института обучения и памяти Пикауэра (Picower Institute for Learning and Memory) Массачусетского технологического института (MIT).

Тонегава занимается изучением механизмов памяти очень давно. Это он в 2004 году нашёл "ферментный ключ" к долговременной памяти, а в 2007-м отыскал в мозге источник дежавю.

Теперь Сусуму совершил прорыв в изучении гиппокампа. Впервые учёные смогли произвольно выключить и включить строго определённую нейронную "схему" в мозге живого существа (мыши) и проследить эффект от такого переключения. Более того, экспериментаторы сумели уже в гиппокампе выключить и включить определённую его часть.

Переключатель исследователи использовали оригинальный. В лаборатории Тонегавы был изобретён новый метод блокирования нейронных связей: "Доксициклин-ингибированное подавление клеточного экзоцитоза" (то есть выделения медиаторов) — doxycycline-inhibited circuit exocytosis-knockdown (DICE-K).

Кстати, химический метод воздействия на гиппокамп (только с иным веществом) применяла другая научная группа, которая некогда стёрла воспоминания у крыс.

Схема нейронных связей гиппокампа мыши. Правой стрелкой показан сигнал, идущий от энторинальной коры (иллюстрация Toshi Nakashiba, MIT).
Схема нейронных связей гиппокампа мыши. Правой стрелкой показан сигнал, идущий от энторинальной коры (иллюстрация Toshi Nakashiba, MIT).


Гиппокамп состоит из нескольких участков (CA1, CA3, зубчатая извилина), напоминают американские экспериментаторы. Они соединены между собой несколькими нейронными "схемами". Одну из них называют трёхсинаптический путь (tri-synaptic pathway — TSP). Он переносит информацию по маршруту: энторинальная кора (ЭК) — зубчатая извилина — CA3 — CA1 — ЭК. Моносинаптическая же "дорожка" (MSP), работающая параллельно, куда короче: ЭК — CA1 — ЭК.

Применив DICE-K, исследователи с удивлением обнаружили, что мыши, у которых основной путь обработки информации (TSP) был выключен, всё ещё могли учиться ориентироваться лабиринте. Короткого пути MSP было достаточно для такой работы.

Однако запоминание пути в лабиринте, говорят авторы опыта, это задача, которая выполняется медленно, за многие попытки прохождения. А вот когда мышей направляли на иные испытания, в условиях, которые требовали быстрого обучения и формирования памяти с "первой попытки", исследователи обнаружили, что животные с блокированным TSP не могут выполнять эти задачи.

О своих опытах Тонегава и его коллеги отчитались в своей статье в Science.

Таким образом, TSP оказался необходим для быстрого закрепления информации в новых условиях. "Этот вид обучения есть результат работы самых сложных форм памяти, тех, что делают животных более умными, и, тех, что ухудшаются с возрастом", — объяснил Сусуму.

Учёный продолжил: "Наши данные убедительно свидетельствуют о том, что TSP в гиппокампе играет ключевую роль в быстром формировании памяти, когда в повседневной жизни возникают новые события и эпизоды. Наши результаты показывают, что снижение этих способностей, как, например, при нейродегенеративных заболеваниях и старении здоровых людей, может быть обусловлено, по крайней мере, частично, "отказами" в этой схеме".

Получается, что, поняв механизм естественных сбоев в "микросхеме" TSP, биологи и медики могут научиться лечить ряд заболеваний. За это мыши и страдают. Теперь не так сильно.
Кроме того...
Грядет "десятилетие Луны"
Специалисты изучают, можно...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Hitachi W61H – телефон с дисплеем из электронной бумаги (E-Ink)
Hitachi W61H – телефон с дисплеем из электронной бумаги (E-Ink) Hitachi W61H – телефон с дисплеем из электронной бумаги (E-Ink)
Дисплеи из электронной бумаги набирают все большую популярность и распространение
Еще одна клавиатура с OLED-клавишами скоро увидит свет
Еще одна клавиатура с OLED-клавишами скоро увидит свет Еще одна клавиатура с OLED-клавишами скоро увидит свет
Компания United Keys объявила о стратегическом сотрудничестве с Foxconn с целью совместной разработки геймерской клавиатуры
Aion – концептуальная кухня с использованием растений
Aion – концептуальная кухня с использованием растений Aion – концептуальная кухня с использованием растений
Сколько кухонь Вы видели? Много? хороших и разных? Но такой Вы точно даже не представляли
Билл Гейтс: клавиатуры уйдут в прошлое
Билл Гейтс: клавиатуры уйдут в прошлое Билл Гейтс: клавиатуры уйдут в прошлое
В то время, пока производители разрабатывают новые модели клавиатур, глава корпорации Microsoft заявляет
Ковер-самолет – не сказка
Ковер-самолет – не сказка Ковер-самолет – не сказка
Сказочные летающие ковры с давних времен повсеместно фигурируют в литературе
Амфибия Rinspeed sQuba
Амфибия Rinspeed sQuba Амфибия Rinspeed sQuba
В 2008 году швейцарцы планируют поразить посетителей автосалона своим новым проектом - амфибией sQuba
День независимости роботов
День независимости роботов День независимости роботов
Британские учёные сделали прогноз развития искуственного интеллекта и роботостроения. По их мнению
Водородный поток связывает Млечный путь с Магеллановыми облаками
Водородный поток связывает Млечный путь с Магеллановыми облаками Водородный поток связывает Млечный путь с Магеллановыми облаками
Недавно астрономы при помощи радиотелескопа CSIRO обнаружили огромный водородный «палец»
Титан - кладовая органики
Титан - кладовая органики Титан - кладовая органики
Запасы углеводородов, лежащих только на поверхности Титана, превосходят земные в сотни раз
Искатели звёздной пыли получили неожиданный материал
Искатели звёздной пыли получили неожиданный материал Искатели звёздной пыли получили неожиданный материал
Комета Вильда (81P/Wild, она же Wild 2) заставит учёных переосмыслить многие общепринятые взгляды на кометы
Катастрофа планетарного масштаба
Катастрофа планетарного масштаба Катастрофа планетарного масштаба
Две большие планеты столкнулись между собой, образовав единое космическое тело. И произошло это, по звёздным меркам
Melissa Theuriau
Melissa Theuriau Melissa Theuriau
Самая красивая телеведущая Франции и одна из самых красивых телеведущих мира
10 самых юных профессионалов своего дела
10 самых юных профессионалов своего дела 10 самых юных профессионалов своего дела
Кто-то добивается своих целей в зрелом возрасте, кто-то в пожилом, кто-то ... никогда их не достигает
Выключатель нейронов открыл биологам тайну памяти
Выключатель нейронов открыл биологам тайну памяти Выключатель нейронов открыл биологам тайну памяти
Чтобы понять, как работает то или иное сложное устройство, надо иной раз его сломать. А если это устройство — мозг
Рыбки-клоуны могут менять пол
Рыбки-клоуны могут менять пол Рыбки-клоуны могут менять пол
Биолог из Корнельского университета (Cornell University) Питер Бастон (Peter Buston) обнаружил
Экстремальный аэропорт Мадейра
Экстремальный аэропорт Мадейра Экстремальный аэропорт Мадейра
Французы знамениты своими сверхбезопасными поездами TGV, немцы - автомобилями, а вот португальцы построили аэропорт
Ученые воссоздали желудок динозавра в лаборатории
Ученые воссоздали желудок динозавра в лаборатории Ученые воссоздали желудок динозавра в лаборатории
Миллионы лет прошло с тех пор, как вымерли последние динозавры, но людей до сих пор привлекают эти древние ящеры
Геотермальные взрывы Йелоустона
Геотермальные взрывы Йелоустона Геотермальные взрывы Йелоустона
Ученые говорят, что волны типа цунами, появляющиеся во время землетрясений
Эволюция автомобильных знаков
Эволюция автомобильных знаков Эволюция автомобильных знаков
Все большое когда-то начиналось с малого. Эта истина походит и для крупных автомобильных корпораций

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • Чёрный ящик
  • Воля случая
  • Технологии
  • Техника
  • Космос
079