Повреждение гиппокампа не нарушило когнитивные функции макак-резусов
Нейробиологи провели ряд когнитивных тестов с макаками-резусами с поврежденным гиппокампом: несмотря на общепринятые представления, нарушения гиппокампа не повлияли на память и другие когнитивные способности животных. Авторы статьи, опубликованной в журнале Science Advances, считают, что необходимо переоценить роль других структур мозга в когнитивных функциях, которые принято связывать с гиппокампом.
Гиппокамп давно считают структурой, необходимой для формирования памяти различных типов, а повреждения гиппокампа связывают с антероградной амнезией (нарушением памяти о недавних событиях). Однако все больше научных данных ставят под сомнение критическую роль гиппокампа в запоминании и хранении информации и задуматься о значении других зон мозга в этих процессах.
Самым известным пациентом, изучая которого ученые сделали множество выводов о роли гиппокампа, был Генри Молисон, или H.M. Борясь с эпилепсией, врачи удалили у него обе половины гиппокампа, и с тех пор он не мог запоминать новые события. H.M. умер в 2008 году, его мозг извлекли и изучили — в результате ученые подтвердили, что, кроме гиппокампа, у пациента были обширные повреждения и других зон: височной доли мозга, лобной коры, сосцевидных тел и таламуса, а также нарушена целостность белого вещества. Кроме того, оказалось, что у H.M. сохранился больший процент гиппокампа, чем считалось при его жизни.
У других пациентов с амнезиями тоже нашли сопутствующие повреждения сосцевидных тел и переднего таламуса, хотя раньше нарушения связывали лишь с дисфункцией гиппокампа. Потеря вещества вне гиппокампа в этих случаях лучше коррелировала с расстройствами памяти.
В целом же большинство сведений о функциях гиппокампа получены из исследований на грызунах, а в работах с людьми находят корреляционные, а не причинно-следственные связи. В связи с этим удивляет немногочисленность и непоследовательность работ на приматах: у обезьян до сих пор исследовали в основном аллоцентрическую эпизодическую память (в противоположность эгоцентрической основанную на внешних ориентирах), а в исследованиях с поверждением гиппокампа зачастую оказывались затронуты и другие участки мозга.
Группа ученых из США под руководством Бенджамина Базиле (Benjamin Basile) из Университета Эмори решила закрыть пробел в экспериментальных данных о роли гиппокампа в формировании памяти у приматов. Пяти макак-резусам в гиппокамп вводили эксайтотоксин — он вызывал обширные повреждения структуры, но оставлял в целостности проводящие пути белого вещества. Перед операцией и после нее, а также с пятью здоровыми обезьянами проводили серию тестов на память и мышление. Животные оперировали сенсорным экраном: их обучали классифицировать или выстраивать по порядку картинки на основе тех или иных закономерностей, а затем проверяли, насколько подопытные усвоили эти закономерности.
Повреждение гиппокампа не нарушило способность макак к транзитивным умозаключениям (переносу соотношений одних элементов множества на другие, например если A>B>C, то A>C), запоминанию последовательности событий или порядкового соотношения объектов, распознанию знакомых объектов и контекста, в котором объекты запоминались, и классификации объектов. Все эти способности ранее считали гиппокамп-зависимыми, но животные с поврежденным гиппокампом справились с когнитивными задачами не хуже здоровых макак.
Авторы отметили, что их исследование не опровергает предыдущие представления о роли гиппокампа у приматов, однако указывает на слабые места в принятой теории. Возможно, необходимо пересмотреть значение других областей мозга (в том числе сосцевидных тел и переднего таламуса) в когнитивных функциях, которые принято приписывать одному гиппокампу. Кроме того, ученые предостерегают от смелого обобщения результатов корреляционных исследований на людях и экспериментов с грызунами.
Ученые и раньше находили опровержения некоторым предполагаемым функциям гиппокампа. Например, исследователи показали, что гиппокамп не принимает участие в запоминании маршрута человеком. Вместо него в пространственной навигации участвовали участки медиальной височной доли мозга.
Алиса Бахарева
Но сработала только низкая доза
Ученые из США ввели макакам-резус белок Клото. Уровень сывороточного Клото вырос в пять раз после инъекции белка. В итоге обезьяны почти на 20 процентов лучше справились с задачей на память, и эффект не прошел даже после двух недель. Но если на мышах работали разные дозы белка, то макакам хватило 10 микрограмм на килограмм массы тела — большие дозы не улучшали память. Результаты опубликованы в Nature Aging. В конце 20 века ученые открыли белок Клото (Klotho), который назвали в честь древнегреческой богини, прядущей нить жизни. Выяснилось, что мыши с дефектным геном Klotho начинают стареть уже спустя 3–4 недели после рождения, а еще у них развивается остеопороз, атеросклероз и другие патологии, а к двум месяцам они умирают. Мыши, чрезмерно экспрессирующие Klotho, напротив, живут на 20–30 процентов дольше, а их память лучше. Еще сверхэкспрессия белка защищала мозг мышей от повреждений, связанных с болезнями Альцгеймера и Паркинсона. Люди с повышенными уровнями белка тоже живут дольше, их когнитивные способности лучше, а еще у них ниже риск развития деменции и болезни Альцгеймера. В организме синтезируется две формы белка Клото — трансмембранная и секретируемая. В крови еще циркулирует растворимая форма белка, которая получается, когда ферменты отрезают от трансмембранного белка кусок. Растворимая форма может действовать как гормон, влияя на сигналинг инсулина, фактора роста фибробластов (FGF), функцию Wnt и NMDAR. Растворимую форму Клото вводили мышам в виде инъекций, и это повышало синаптическую пластичность, улучшало познание и устойчивость нейронов к старению. Стейси Кастнер (Stacy A. Castner) из Йельской школы медицины и ее коллеги решили проверить, улучшится ли память у нечеловеческих приматов, макаков-резус (Macaca mulatta), если им подкожно ввести белок Клото. Макаки-резус, как и люди, страдают от возрастного когнитивного снижения, хотя и без значительной потери нейронов. Сначала белок Клото макак ученые ввели мышам — в дозировке 10 микрограмм белка на килограмм массы тела. В предыдущих исследованиях такая доза увеличивала синаптические и когнитивные функции мышей. Здесь спустя 4 часа у мышей улучшилась синтетическая пластичность и рабочая память, которую проверяли в У-образном лабиринте. Уровень белка Клото в сыворотке мышей после инъекции увеличился в шесть раз. Затем ученые попытались повысить уровень белка в сыворотке стареющих макак, которым было в среднем около 22 лет (что эквивалентно человеческим 65), до того же уровня. Для этого они вводили макакам разные дозы Клото: от 0,4 до 30 микрограмм на килограмм массы тела. Доза в 10 микрограмм на килограмм повысила уровень сывороточного белка в пять раз. Уровень Клото в человеческой пуповинной крови тоже примерно в пять раз выше, чем в крови взрослых, — поэтому на дозе в 10 микрограмм ученые и остановились. Обезьян учили запоминать расположение отсека с пищевым вознаграждением, и таким образом оценивали их рабочую память. Задачи с нормальной сложностью, в которых было от 4 до 7 отсеков, они выполняли успешно, но не всегда справлялись с повышенной сложностью, когда отсеков было уже от 6 до 9. Уже через четыре часа после однократной инъекции белка Клото макаки стали лучше решать задачу, особенно — ее сложный вариант. Процент правильных ответов в сложной задаче увеличился с 45 до почти 60 (P = 0,0077). Этот эффект сохранялся спустя две недели и не зависел от пола. А вот более высокие дозы — 20 и 30 микрограмм на килограмм массы тела — не привели к когнитивному улучшению у макак, но и хуже не сделали. В отличие от обезьян, на мышей в предыдущих исследованиях высокие дозы белка действовали положительно. Возможно, слишком высокие дозы нарушают метаболизм у нечеловеческих приматов. Авторы предположили, что когнитивного улучшения у людей также можно будет достичь с помощью небольших, физиологических доз гормона. Также ученым еще предстоит выяснить, как сигналы белка передаются в мозг, поскольку введенный в кровь Клото сам не пересекает гематоэнцефалический барьер. Не так давно ученым удалось улучшить рабочую память людей, посветив на мозг лазером — через кожу и череп. До стимуляции люди могли запомнить 3–4 фигуры на картинке, а после — 4–5.