Найдены молекулярные метки условного рефлекса

Группа нейрофизиологов из Хьюстонского университета и Университета Джонса Хопкинса обнаружила существование системы особых биохимических меток, возникающих между двумя нейронами в ситуации формирования условного рефлекса или в других формах научения, основанных на подкреплении желательного поведения при помощи какой-либо награды. Работа опубликована в журнале Neuron.

В классических опытах И.П. Павлова собака реагирует интенсивным слюноотделением на звук колокольчика, так как вслед за ним она получит пищу. Это классический условный рефлекс – одна из элементарных форм научения у живых существ. В основе научения лежит деятельность нейронов. Долгое время господствующей теорией в объяснении нейрональных механизмов обучения была концепция нейронных ансамблей Дональда Хебба. По его мнению, при повторении какого-либо стимула нейроны, участвующие в его обработке формируют взаимосвязанную систему, возникает энграмма – след в памяти. Происходит это за счет механизма долговременной потенциации (и обратного ему механизма долговременной депрессии) – усиления синаптической передачи между двумя нейронами, сохраняющейся на протяжении длительного времени после первичного воздействия.

Долговременная потенциация возникает тогда, когда какое-либо поведение было подкреплено, например, вознаграждено едой. В этом случае в действие вступают так называемые нейромодуляторы, типа дофамина, изменяющие активность нейронов на долгий срок, дающие субъективные приятные ощущения и закрепляющие связь между нейронами. Однако в этой теоретической конструкции был слабый момент – между условным стимулом и наградой может проходить длительное время, тогда как сигнал посредством нейромедиаторов передается за доли секунды. Вопрос заключался в том, как остаются связаны нейроны между собой, чтобы потом нейромудулятор объединил их в ансамбль. Новое исследование американских физиологов дало на это ответ.

Ученые выделили пары нейронов из зрительной коры мышей. Затем стимулировали электричеством аксон одного нейрона, провоцируя спайковую активность второй нервной клетки. Повторяя так несколько раз нейробиологи имитировали воздействие внешнего стимула, после чего посредством пипетки вводили разные нейромодуляторы, симулируя действие подкрепления. Сама по себе стимуляция нейронов не приводила к формированию долговременной потенциации, какое бы количество повторов не совершалось, однако введение модулятора закрепляло взаимосвязь неронов, усиливая синаптическую передачу между ними. При этом наибольшей эффективность обладали специфичные для зрительной коры нейромодуляторы.

Иными словами, нейроны не изменяли синаптическую передачу сами по себе, но были как бы «готовы» к тому, что модулятор произведет такие изменения. Ряд дополнительных экспериментов с использованием методов оптогенетики на живых мышах показал, что, вероятно, ключевую роль в формировании системы меток у этих нейронов играют β2-адренорецепторы.

Даниил Кузнецов