Мух заставили рефлексировать

Ученые из Оксфордского университета выяснили, каким образом дрозофилы оценивают собственные воспоминания. Сохраненная в памяти ассоциация с конкретным запахом при повторной оценке может быть подтверждена или удалена, если данные оказываются ложными. Это происходит за счет работы выходных нейронов, дендриты которых располагаются в разных долях грибовидного тела мозга дрозофил и активируют соответствующие допаминергические нейроны, либо закрепляя, либо разрушая сформированную ранее ассоциацию. Исследование опубликовано в Nature.

Обонятельная память дрозофил закодирована в сети нейронов грибовидного тела мозга. Положительные связи «записываются» туда с помощью допаминергических нейронов (ДАН), которые иннервируют разные его доли, образуя контакт с выходными нейронами грибовидного тела (ВНГБ) и умеют создавать положительные и отрицательные ассоциации.

Ученые исследовали механизм повторной оценки ассоциации, ведущей к ее подкреплению или удалению. Для этого они вначале помещали дрозофил в условия с определенным запахом и без подкрепления-сахара (CS−). После этого они делали перерыв, помещая мух в чистый воздух, а затем меняли запах, добавляя теперь сахар (CS+). Спустя три часа проверялось, как обученные дрозофилы будут вести себя в разных условиях. Мухи демонстрировали работу долговременной памяти, которая работала в течение всех шести часов тестирования. Однако при добавлении второго типа запаха (тот, который был в условиях CS+), но теперь без подкрепления сахаром, мухи теряли интерес к источнику запаха уже через 3 часа, и больше его не проявляли — они «удаляли» ненужную ассоциацию с ним.

Чтобы исследовать механизм стирания памяти, ученые блокировали работу ДАН с помощью встраивания в геном разных нейронов дрозофил гена UAS-shibire, контролируемого путем изменения температуры, и способного предотвращать выброс необходимых для проведения сигнала везикул в синаптическое пространство. Выяснилось, что ДАН, ответственные за создание положительных ассоциаций, не участвуют в удалении воспоминаний, тогда как блокирование ДАН, ответственных за создание отрицательных связей, нарушает этот процесс.

Следующим этапом было исследование закрепления ассоциаций. Закрепление ассоциации после переоценки происходит в случае, если новые условия, сопутствующие знакомому запаху, не слишком сильно отличаются от старых, например, по степени полезности для мухи. В одном из экспериментов после реактивации ассоциации с запахом первого типа (CS−) дрозофил также подвергали двухминутному холодовому шоку. Выяснилось, что в закреплении соответствующей ассоциации (в данном случае ведущей к избеганию запаха) участвуют ДАН, ответственные за создание как отрицательных, так и положительных связей.

Отдельные ДАН разделяют грибовидное тело на 15 разных компартментов, каждый из которых содержит их дендриты. Нейронные пути, отвечающие за ассоциативную память, устроены следующим образом: грибовидное тело — ВНГБ — ДАН — грибовидное тело, и представляют из себя замкнутую петлю. Контролируя деятельность нервных клеток с помощью методов генной инженерии, позволяющий, в том числе, активировать клетки путем световой регуляции, ученым удалось выявить конкретные выходные нейроны и допаминергические нейроны, участвующие в удалении и подкреплении ассоциаций разного типа. В частности, было показано, как новые отрицательные ассоциации записываются «поверх» старых положительных ассоциаций после исчезновения связи определенного запаха с подкреплением-сахаром  в строго определенных, дискретных модулях грибовидного тела мозга дрозофилы. 

Изучение процессов памяти давно занимает ученых. Недавно мы рассказывали, как рабочую память можно ускорить с помощью электрической стимуляции. Подробный механизм повторной оценки воспоминаний описан в данном проекте впервые, и ученые надеятся, что новые данные помогут в изучении соответствующих процессов, в том числе, и в человеческом мозге.

Анна Казнадзей