Учеными успешно создана искусственная память у мышей

Москва, 18:38, 27 Авг 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Мы учимся на нашем личном взаимодействии с миром, и наши воспоминания об этом опыте помогают создавать наше поведение. Опыт и память неразрывно связаны, или, по крайней мере, они, казалось, были до недавнего отчета о формировании совершенно искусственных воспоминаний.

Используя лабораторных животных, исследователи реверсировали специальную естественную память путем картирования контуров мозга, лежащих в основе ее формирования. Затем они «дрессировали» другое животное, стимулируя клетки его мозга по образцу естественной памяти первого животного. Это создало искусственную память, которая была сохранена и отозвана способом, неотличимым от естественного.

Воспоминания необходимы для чувства идентичности, которое возникает из повествования о личном опыте. Это исследование примечательно тем, что оно демонстрирует, что, манипулируя определенными цепями в мозге, воспоминания могут быть отделены от этого повествования и сформированы при полном отсутствии реального опыта.

Научная работа показывает, что мозговые цепи, которые обычно реагируют на конкретные переживания, могут быть искусственно стимулированы и связаны вместе в искусственной памяти.

Эта память может быть вызвана соответствующими сенсорными сигналами в реальной среде.

Исследование дает некоторое фундаментальное понимание того, как память формируется в мозге, и является частью бурно развивающейся науки о манипулировании памятью, которая включает в себя передачу, улучшение и стирание памяти. Эти усилия могут оказать огромное влияние на широкий круг людей, от тех, кто борется с нарушениями памяти, до тех, кто переживает травматические воспоминания, и они также имеют широкие социальные и этические последствия.

Ход эксперимента

В недавнем исследовании естественная память была сформирована путем обучения мышей ассоциировать специфический запах (цветение вишни) с электрошоком, которого они научились избегать, передвигая прямоугольную испытательную камеру к другому концу, который был наполнен другим запахом (тмин). Аромат тмина исходил от химического вещества под названием карвон, а аромат вишневого цвета — от другого химического вещества, ацетофенона. Исследователи обнаружили, что ацетофенон активирует специфический тип рецептора на обонятельном типе чувствительной нервной клетки.

Затем ученые обратились к сложной технике, оптогенетике, для активации этих обонятельных нервных клеток. При использовании оптогенетики светочувствительные белки используются для стимуляции определенных нейронов в ответ на свет, доставляемый в мозг через имплантированные хирургическим путем оптические волокна.

В своих первых экспериментах исследователи использовали трансгенных животных, которые производили белок только в чувствительных к ацетофенону обонятельных нервах. Соединяя электрошоки с оптогенетической световой стимуляцией чувствительных к ацетофенону обонятельных нервов, исследователи научили животных связывать шок с активностью этих специфических чувствительных к ацетофенону чувствительных нервов. Когда они позже проверили мышей, те избежали запаха цветущей вишни.

Эти первые шаги показали, что животным не нужно ощущать запах, чтобы запомнить связь между этим запахом и электрошоком. Но это не было полностью искусственным воспоминанием, потому что шок все еще был вполне реальным. Чтобы построить полностью искусственную память, ученым необходимо было стимулировать мозг таким образом, чтобы имитировать нервную деятельность, вызванную шоком.

Более ранние исследования показали, что специфические нервные пути, ведущие к структуре, известной как вентрально-тегментальная область (VTA), были важны для аверсивного характера шока. Чтобы создать действительно искусственную память, исследователям нужно было стимулировать VTA таким же образом, как они стимулировали обонятельные сенсорные нервы, но трансгенные животные производили только светочувствительные белки в этих нервах.

Чтобы использовать оптогенетическую стимуляцию, ученые стимулировали обонятельные нервы у тех же самых генно-инженерных мышей и использовали вирус, чтобы также поместить светочувствительные белки в VTA. Они стимулировали обонятельные рецепторы светом, чтобы имитировать запах вишневого цвета, а затем стимулировали VTA, чтобы имитировать элетрошок. Животные приобретали искусственную память, отвечая на запах, с которым они никогда не сталкивались, путем избегания электрошока, которого они никогда не получали.

Выводы

Долгое время было загадкой, как формируются воспоминания в мозге и какие физические изменения в мозге сопровождают их формирование. В этом исследовании электрическая стимуляция определенных областей мозга, которая привела к новой памяти, также активировала другие области мозга, которые, как известно, участвуют в формировании памяти, включая область, называемую базолатеральной миндалиной.

Поскольку нервные клетки связываются друг с другом через соединения, называемые синапсами, предполагалось, что изменения в синаптической активности объясняют формирование воспоминаний. У простых животных, таких как морской слизняк Аплизия, воспоминания могут передаваться от одной особи к другой с помощью РНК, извлеченной из того, кто их испытал. РНК содержит коды белков, вырабатываемых в нервах животного, связанных с памятью.

Воспоминания были частично переданы грызунам с помощью записей электрической активности центра памяти обученного животного (гиппокампа), чтобы стимулировать сходные паттерны нервной деятельности у реципиентного животного.

Этот процесс похож на новый отчет, описанный здесь, в котором стимулирование электрической активности определенных нейронных цепей используется, чтобы вызвать память. В случае передачи памяти этот паттерн произошел от дрессированных животных, тогда как в исследовании оптогенетики паттерн электрической активности, связанной с памятью, был встроен de novo в мозг мыши. Это первый отчет о полностью искусственной памяти, и он помогает установить фундаментальное понимание того, как можно манипулировать воспоминаниями.

Исследования памяти и попытки манипулировать ею развивались быстрыми темпами. «Протез памяти», разработанный для усиления его формирования и восстановления с помощью электростимуляции центра памяти в мозге человека, был разработан при поддержке Агентства перспективных исследований в области обороны (DARPA). Напротив, стирание памяти с использованием так называемого препарата «Вечный солнечный свет» (дзета-ингибирующий пептид или ZIP) — разрабатывается для лечения воспоминаний о хронической боли.