Новые результаты, опубликованные в журнале Science, показывают, что мышь можно заставить бояться клетки, ударив ее ногой, и в то же время реактивировав воспоминание о клетке, чтобы связать их.«То, что когда-то существовало только в области научно-фантастических фильмов, таких как« Начало »и« Вечное сияние чистого разума », теперь возможно экспериментально», — говорит Стив Рамирес, аспирант лаборатории исследователя HHMI Сусуму Тонегава и первый автор книги новая работа.Исследователи знали, что воспоминания хранятся мозгом в небольшом наборе нейронов.
Понимание того, как кодируется эта информация, может быть ключом к пониманию того, как работает человеческая память, а также ее нарушения. Но определить, какие именно нейроны связаны с конкретными воспоминаниями, было технически сложно.
Рамирес и Тонегава вместе с Сюй Лю, научным сотрудником лаборатории Тонегавы в Массачусетском технологическом институте, ранее разработали способ точно определить определенную группу нейронов, которые активируются в мозгу мышей в любой конкретной ситуации. Этот метод основан на оптогенетике, методе управления клетками мозга с помощью вспышек света, разработанном Карлом Дейссеротом в Стэнфордском университете, ученым в начале своей карьеры. Исследователи сконструировали клетки мозга так, чтобы они производили светочувствительный белок всякий раз, когда нейроны активировались в новой обстановке или ситуации. Затем, направив свет на мозг через оптоволоконный кабель, подключенный к черепу мыши, они могли реактивировать только это подмножество нейронов.
Даже без реактивации клеток они могли определить, какие клетки были активированы, измеряя, какие из них содержат светочувствительный белок. Подход был описан в статье Nature 2012 года.
Совсем недавно ученые задались вопросом, могут ли они изменить то, как мышь запоминает обстановку, активировав связанные с ней нейроны. Они решили проверить эту идею, пытаясь изменить, боится ли мышь определенной клетки.
«У мышей страх можно рассматривать как бинарный поведенческий результат», — говорит Рамирес. «Либо животное исследует коробку, которая его интересует, и оно любопытно и обнюхивает. Или, если оно демонстрирует поведение страха, оно забивается в угол, не двигаясь. Так что это очень простой и очень эффективный способ считывания воспоминаний».Чтобы увидеть, могут ли они заставить животное ассоциировать страх с ранее нейтральной обстановкой, группа лаборатории Тонегавы сначала поместила мышей в одну из четырех уникальных клеток.
В каждой клетке были разные материалы для полов, искусственные запахи и разное освещение. Когда мыши осматривали новую комнату, какие бы нейроны ни активировались, они вырабатывали особый светочувствительный белок.
Затем мышей поместили во вторую клетку. На этот раз, когда мыши исследовали, ученые использовали свет, чтобы включить нейроны, которые были активированы в первой клетке, и одновременно нанесли мышам электрошокер по ногам. Затем мышей вернули в первую зону, где они никогда не подвергались электрошоку. По словам Рамиреса, мыши явно боялись обстановки, проводя более четверти своего времени в неподвижности.
«Мы были удивлены, что это сработало с самой первой мышью, которую мы когда-либо пробовали», — говорит он. «Мы заставили животное бояться окружающей среды, в которой с технической точки зрения с ним никогда не случалось ничего плохого».Напротив, когда мышей поместили в третью клетку, в которой они никогда раньше не были, они не проявляли страха. А в контрольной группе мышей, получивших электрошок во второй клетке, но без реактивации нейронов, первая клетка никогда не вызывала страха.После успешного эксперимента Тонегава, Рамирес и Лю изучили детали того, какие нейроны в мозгу были ответственны за создание памяти о первой клетке.
Они обнаружили, что нейроны расположены в зубчатой извилине, части гиппокампа. Зубчатая извилина ранее участвовала в формировании воспоминаний и является одной из областей мозга с самым новым поколением нейронов во взрослом возрасте.
Но большинство доказательств его важности было получено из случаев, когда этот район был поврежден и воспоминания утеряны.«Это исследование дает нам информацию об основном механизме, который может происходить в мозге при формировании воспоминаний или ложных воспоминаний», — говорит Рамирес. «Затем мы хотим увидеть, можем ли мы сделать то же самое не только с воспоминаниями о страхе, но и с воспоминаниями об удовольствии, или воспоминаниями об объектах или воспоминаниями о других мышах».