Забуті через синдром Альцгеймера спогади можна повернути, якщо активувати клітини, що відповідають за доступ до них.
Головним і одним і перших симптомів хвороби Альцгеймера вважається втрата пам'яті - людина спочатку пам'ятає недавнє минуле, а потім справа доходить і до старих спогадів. Однак, як запевняють дослідники з лабораторії Судзумі Тонегави (Susumu Tonegawa) в Массачусетському технологічному інституті, пам'ять при синдромі Альцгеймера насправді зберігається, просто зникає доступ до неї. Якщо перекласти це комп'ютерно-цифровою мовою, можна сказати, що з пам'яті зникає шлях до файлу, але сам файл все-таки є.
Професор Тонегава - один з найвідоміших людей у сучасній нейробіології, хоча раніше він займався молекулярною генетикою антитіл, і навіть отримав у 1987 році Нобелівську премію за відкриття генетичного принципу різноманітності антитіл. Однак згодом він переключився на дослідження клітинних механізмів пам'яті, домігшись тут видатних результатів. Тонегаві і його команді вдалося визначити в гіпокампі (який служить одним з головних центрів пам'яті в мозку) нейрони, що відповідають за специфічні спогади - маніпулюючи активністю таких нервових клітин, нейробіологам вдалося перетворити погані спогади в хороші, придушити депресію, активувавши позитивні спогади, і навіть змусити мозок згадати те, що він забув.
Одним з найважливіших результатів групи Тонегави стало те, що їм вдалося підтвердити існування в гіпокампі так званих енграмних клітин. Під енграмою розуміють слід, залишений подразником; якщо говорити про нейрони, то повторюваний сигнал - звук, запах, якась обстановка і т. д. - повинні провокувати в них якісь фізичні та біохімічні зміни. Якщо стимул потім повториться, то «слід» активується, і клітини, в яких він є, викличуть з пам'яті весь спогад цілком.
Іншими словами, енграмні («ключові») нейрони відповідають за доступ до записаної інформації, а щоб самі вони запрацювали, на них повинен подіяти ключовий сигнал. Але, крім того, такі клітини повинні вміти якось зберігати сліди від подразників. На практиці це означає, що між енграмними клітинами повинні посилюватися міжклітинні синапси: чим міцніше вони будуть, тим надійніше між ними буде проходити сигнал, тим міцніші нейрони запам'ятають якийсь стимул. Тобто, за зберігання і за активацію пам'яті відповідають різні структури - групи енграмних клітин опікують інші нервові ланцюжки, що зберігають блоки інформації, і нейрони аківації можна в деякому сенсі порівняти з бібліотекарями, видатними книги за запитом.
В експериментах з відновлення пам'яті, про які ми писали влітку минулого року, мова йшла якраз про те, що зниклі спогади насправді нікуди не зникли, просто клітини - «бібліотекарі», які відповідають за їх сховище, втратили активність - грубо кажучи, заснули. І щоб відновити спогади, доступ до яких виявляється заблокований, наприклад, при ретроградній амнезії (так називають порушення пам'яті про те, що сталося до якогось критичного моменту - наприклад, до травми мозку або до сильного стресу), потрібно просто розбудити потрібні енграмні клітини.
У дослідах на мишах ретроградну амнезію тваринам влаштовували за допомогою спеціального антибіотика, що послаблює синапси - міжнейронні сполуки виявлялися неміцними, і клітинний ланцюжок функціонував погано: інформація про те, що відбувалося перед введенням препарату, у мишей в голові не затримувалася.
У новій статті в Nature дослідники повідомляють, що точно так само можна повернути пам'ять і в разі хвороби Альцгеймера. У ній, по суті, немає нічого суто людського, ту ж саму патологію, пов'язану з аномальними білковими накопиченнями, можна спровокувати і у тварин, і для нових дослідів використовували мишей, генетично схильних до цього нейродегенеративного захворювання.
І тих, і інших запускали в клітку, в якій мишей через пів злегка били струмом. Через кілька годин тварини пам'ятали, що від електроклітини нічого хорошого чекати не слід, і, коли їх знову туди садили, вони завмирали на місці, демонструючи звичайну для гризунів відповідь на стрес. Однак через кілька днів пам'ять про електричний шок зберігалася тільки у нормальних тварин. Ті ж, у яких в нейронах йшли альцгеймеричні процеси, про пережитий стрес забували - вид клітини ніяких неприємних спогадів у них не включав.
Але якщо енграмні клітини, що відповідають за саме цей стресовий досвід, активували штучно, оптогенетичним способом, то у мишей з «альцгеймером» пам'ять прокидалася, і вони, потрапивши в електрошокову клітку, завмирали на місці, як і звичайні миші. Також вдалося показати, що у енграмних клітин мишей, схильних до нейродегенеративних процесів, утворюється менше дендритних шипиків - так називають виступи на клітинній мембрані в тих місцях, де нейрон може сформувати синапс, міжклітинне з'єднання з іншим нейроном, і включитися в нервовий ланцюжок.
Клітини - «бібліотекарі» не могли встановити досить міцний зв'язок з нейронами енторинальної кори, які давали б їм сенсорні «ключі», що відносяться до конкретного спогаду. Тому зовнішній вигляд страшної клітини не справляв враження на хворих мишей, хоча сам неприємний досвід перебування в ній нікуди з їх пам'яті не подівся. Якщо ж постійний контакт між енторинальною корою та енграмними клітинами вдавалося встановити - знову ж таки без допомоги оптогенетичних методів - то пам'ять до тварин поверталася остаточно, і навіть через тиждень вони пам'ятали, коли і де потрібно боятися, хоча потім вже ніяких стимуляторів пам'яті до них не застосовували.
Звідси випливає кілька важливих висновків. По-перше, знову вдалося підтвердити теорію, що погіршення пам'яті може бути пов'язане не стільки зі зникненням власне інформації, скільки з її недоступністю.
По-друге, енграмні клітини, які якраз і допомагають знайти потрібний «файл», контролюють не тільки умовно свіжі спогади, які тільки-тільки сформувалися, але і досить старі.
По-третє, при хворобі Альцгеймера - у всякому разі, на її початкових етапах - виникає та ж «проблема доступу», так що пам'ять хворим, очевидно, можна було б повертати, будь у нас інструмент для активації горезвісних енграмних клітин. Однак оптогенетичні методи, які дозволяють дуже точно включати і вимикати нейрони, передбачають генетичну модифікацію клітин (коротко про принципи оптогенетики можна почитати тут), і до людини їх застосувати навряд чи можливо.
Залишається тільки сподіватися, що нейробіологам вдасться розробити якийсь клінічний метод, що дозволяє активувати людські нейрони без складних генетичних маніпуляцій.