Исследователи под руководством Минь Сюй и Ваньлин Пэн из Института нейронаук Китайской академии наук сосредоточились на интернейронах, которые регулируют генерацию “ритмов сна” — коротких всплесков электрической активности, критически важных для консолидации памяти. Эти клетки находятся в гиппокампе — области мозга, важной для обучения и памяти. Когда исследователи подавляли активность этих клеток, у животных ухудшалась способность запоминать, где находились предметы, или узнавать ранее встреченную мышь. Эксперименты показали, что при стандартных измерениях сон может выглядеть нормально, но при этом процесс укрепления памяти нарушается.
Исследование, опубликованное в журнале Neuron, связывает химические изменения, происходящие во время сна, с активностью, которая помогает сохранять новые воспоминания.
Команда генетически модифицировала группу мышей таким образом, чтобы они могли отслеживать и выборочно контролировать популяцию нейронов с высокой экспрессией гена Chrm2. Эти клетки становятся особенно активными во время медленного сна, а также в состоянии спокойного бодрствования.
Чтобы проверить роль этих нейронов в формировании памяти, исследователи предложили взрослым самцам мышей исследовать два одинаковых предмета. Затем животных на пять часов вернули в их домашние клетки, где они в основном спали. Перед тем как вернуть мышей на арену, исследователи перекладывали один из предметов.
Мыши из контрольной группы проводили больше времени, исследуя переложенный предмет, что указывало на то, что они помнили его прежнее расположение. Мыши, у которых после обучения были подавлены целевые нейроны, не проявляли особого интереса к переложенному предмету. Однако стандартные измерения не выявили различий в их режиме сна и бодрствования или общей мозговой активности между двумя группами.
Чтобы определить, в какой момент эти клетки проявляли активность, команда использовала свет, чтобы подавлять нейроны только во время медленного сна после обучения. Это также ухудшало способность мышей запоминать информацию. Подавление активности нейронов во время бодрствования и быстрого сна не приводило к таким же результатам.
В ходе отдельного эксперимента было установлено, что этот механизм работает и в случае с социальной памятью. Подавление активности соответствующих клеток в другой части гиппокампа после социального взаимодействия нарушало привычное для мышей предпочтение исследовать незнакомую мышь, а не ту, с которой они уже встречались.
Почему эти клетки становятся особенно активными во время сна? Исследователи изучили ацетилхолин — нейромедиатор, уровень которого относительно высок во время активного бодрствования и быстрого сна и низок во время медленного сна.
Ген Chrm2 кодирует рецептор, через который ацетилхолин подавляет активность нейронов. Когда уровень ацетилхолина снижается, этот химический “тормоз” ослабевает, и целевые клетки становятся более активными.
Исследователи связали эту активность с гиппокампальными волнами, которые ассоциируются с воспроизведением и укреплением воспоминаний. В ходе исследования 2022 года были выявлены клетки, которые быстро активируются во время этих процессов. Новые генетические инструменты позволили исследователям выяснить, как популяция нейронов, проявляющая активность во время сна, влияет на гиппокампальные волны и память.
Стимуляция целевых клеток во время медленного сна увеличивала частоту возникновения гиппокампальных волн, а подавление их активности снижало ее. Авторы называют эти нейроны “критически важным узлом в сети, генерирующей гиппокампальные волны”, однако вопрос о том, как именно они взаимодействуют с соседними клетками, чтобы генерировать эти волны, остается открытым.
Анализ существующих данных о мозге человека показал, что существует аналогичная популяция нейронов, экспрессирующих CHRM2, хотя ее роль в человеческом сне и памяти еще предстоит установить. Однако эксперименты на мышах дают исследователям возможность изучить важное различие: консолидация памяти может нарушаться, даже если стандартные показатели сна в норме.
Институт нейронаук при Китайской академии наук. Пер.: PSYCHOL-OK.RU
