Нейрони запам'ятовують інформацію в кілька етапів, поступово змінюючи структуру своїх хромосом.
Мозок запам'ятовує інформацію, утворюючи нові нейронні ланцюги. Але нейрони, які входять в такий ланцюг, виконують в ньому різні завдання. Серед них є так звані енграмні клітини, які відіграють роль своєрідних ключів до того чи іншого спогаду. Зовнішні і внутрішні стимули (тобто сигнали від органів почуттів і наші власні думки та емоції) залишають в енграмних клітинах якісь молекулярні зміни, щось на зразок сліду пам'яті. Ці зміни допомагають клітинам активуватися, коли записана інформація в черговий раз знадобиться мозку: на енграмну клітку діє якийсь сигнал, і вона завдяки збереженому сліду від колишнього подразника прокидається. (Іншими словами, енграмні клітини реагують на знайомі обставини.)
Енграмні клітини утворюють мережі, але з'єднані вони один з одним не безпосередньо, а через інші нейрони, які активуються від енграмних клітин. Зміни в пам'яті, очевидно, залежать від того, як такі мережі з'єднуються, перекриваються, розростаються тощо.
При цьому цікаво було б дізнатися, які саме зміни на рівні генів і молекули відбуваються в енграмних клітинах. Тут мова йде не тільки про те, щоб під дією стимулу зміцнити з'єднання-синапс з іншим нейроном. Енграмні клітини надовго утримують з'єднання, тобто короткочасна пам'ять стає довготривалою саме за їх участю. З іншого боку, вони повинні вчасно «вмикати» свій спогад (тобто той нейронний ланцюг, до якого вони входять), коли відчувають відповідний імпульс.
Очевидно, зміни в енграмних клітинах пов'язані з активністю їх генів. Нейробіологи неодноразово спостерігали, як на найперших етапах формування пам'яті в клітинах активуються деякі гени. Але потім ці ранні гени заспокоювалися, і залишалося незрозуміло, що відбувається далі.
Дослідники з Массачусетського технологічного інституту пишуть в Nature Neuroscience, що далі йдуть кілька хвиль генетичної активності, сенс яких в тому, щоб зміцнити міжнейронні синапси і зробити їх більш швидкими. Щоб зміцнити синапси, потрібні білки, а щоб їх насинтезувати, потрібно привести в робочий стан відповідні гени.
ДНК, в якій записані гени, постійно перебуває в комплексі з пакувальними білками гістонами. Білкова упаковка може бути дуже щільною, і тоді гени недоступні для роботи, або ж, навпаки, білки-пакувальники роблять ДНК відкритою, і з неї можна зчитувати інформацію. Стан білкової упаковки залежить від хімічних модифікацій на гістонах (ці модифікації називають епігенетичними).
Мета дослідників була в тому, щоб зрозуміти, як змінюється упаковка ДНК в хромосомах енграмних клітин при формуванні пам'яті. Експерименти ставили з мишами, у яких енграмні клітини були позначені так, щоб за ними можна було спостерігати наживо, прямо в мозку миші. Тварин садили в спеціальну клітку, по підлозі якої пробігав слабкий електричний струм. Миші починали запам'ятовувати, що сидіти в клітці не дуже приємно, і енграмні клітини в їх мозку починали флуоресціювати.
Спочатку автори роботи побачили, що безліч ділянок ДНК в енграмних клітинах розпаковуються. Майже всі ці ділянки були без білкових генів, але зате вони укладали в собі так звані енхансери - регуляторні послідовності, які стимулюють роботу «справжніх» генів, тобто тих, які кодують білкові молекули. Іншими словами, спочатку клітина обходиться тими генами, які вже активні, і залишає їх активність генів тією ж, що і була - але готується активувати гени сильніше.
Енхансери часто знаходяться далеко від тих генів, які вони стимулюють. Тобто щоб був ефект, нитка ДНК потрібно вигнути і зблизити енхансер і ген. Саме це бачили в енграмних клітинах через п'ять днів після того, як мишей вчили боятися електроклітини: розпаковані енхансери зближувалися з генами. У такому вигляді вони все ще не стимулювали активність генів. Але якщо миша знову опинялася в неприємній клітці, то ось тут енхансери починали працювати - активність генів підвищувалася, і це були якраз ті гени, які зміцнюють вже існуючі синапси і готують нейрон сформувати нові міжнейронні сполуки.
Можна сказати, що енграмна клітина спочатку чекає, чи виявиться нова інформація істотною. На випадок, якщо все-таки виявиться, у неї напоготові є молекулярні інструменти, які посилять нервовий ланцюг. Різні етапи засвоєння інформації видно в структурі хромосом, у поведінці білків, які пов'язані з хромосомною ДНК. Можливо, ми навчимося в майбутньому з нашої волі керувати цими білками, щоб змушувати пам'ять працювати краще, або навпаки, забувати те, що пам'ятати не потрібно.