Мыши забыли о страшном опыте при помощи нейронных связей между гиппокампом и миндалиной

Процесс перезаписи страшных воспоминаний во время сна основан на нейронных связях между миндалиной и вентральным гиппокампом — говорится в исследовании, опубликованном в журнале Science Advances. Биологи считают, что нарушения этих нейронных связей может быть одной из причин тревожного расстройства.

Страшный и неприятный опыт важно запоминать, чтобы адекватно отреагировать на ситуацию, в которой он может повториться. Так, например, грызуны запоминают стимулы, связанные с опасностью, и стараются избегать их. Но не менее важно вовремя обновлять значение стимула в зависимости от нового опыта. В случаях, когда ситуация изменилась и стимул потерял связь с опасностью, происходит так называемое «угасание страха» (fear extinction) — и воспоминание о нем перезаписывается на новое, безопасное. В записи обоих типов воспоминаний — и страшного, и безопасного — участвует миндалина.

Однако новое воспоминание разрывает связь стимула с опасностью не полностью, а только в контексте полученного нового опыта — в тех же обстоятельствах. Один из участков мозга, который получает информацию о контексте — это вентральный гиппокамп. Однако то, как и какие зоны мозга участвуют в процессе перезаписи воспоминаний о страхе, до сих пор не было понятно.

Исследователи из университета Берна в Швейцарии под руководством Робин Нгуен (Robin Nguyen) изучили, как страшные воспоминания перезаписываются в миндалине и вентральном гиппокампе. Для этого они провели эксперимент на мышах. Сначала животные запоминали связь звукового сигнала с неприятными последствиями — после звука мышей били током по лапкам. После такого обучения мыши реагировали на звук испугом. Затем некоторых из них помещали в новые клетки, где звуковой сигнал больше не сопровождался ударами током. Так биологи воссоздали процесс перезаписи страшных воспоминаний, контекстом которой стала новая клетка.

Ученые изучили, какие нейронные связи в вентральном гиппокампе участвуют в формировании нового воспоминания. Для этого они избирательно пометили те нейроны гиппокампа, которые были активны в процессе эксперимента, а также те, что передавали им сигнал из других областей напрямую. Это оказалось возможным благодаря генетической модификации мышей — в их геном встроили последовательность, которая активирует синтез зеленого флуоресцентного белка при электрической активации нейрона в гиппокампе. Кроме того, в туда хирургически инъецировали вирус с красным флуоресцентным белком, который «путешествует» ретроградно — в нейроны, напрямую передающие сигнал в гиппокамп. Так, активные нейроны гиппокампа окрасились в желтый (зеленый+красный), а те, что передавали им сигналы — в красный.

Повышенное (p < 0,05) количество красных нейронов обнаружили сразу в нескольких областях: паравентрикулярном таламусе, соединяющем яре, ограде и разных частях миндалины. Поскольку именно миндалина принимает участие в записи как страшных воспоминаний, так и безопасных, биологи решили проверить ее в первую очередь. Они отключили активность нейронов миндалины во время обучения мышей безопасным ассоциациям в новой клетке при помощи оптогенетики. Оказалось, отключение нейронов миндалины, посылающих сигнал в гиппокамп, действительно нарушило процесс перезаписи страшных воспоминаний на безопасные — мыши значительно (p < 0,01) больше пугались как звукового сигнала, так и клетки самой по себе.

После получения безопасного опыта активность нейронов вентрального гиппокампа, связанная со звуковым стимулом, повторяется при консолидации памяти во сне — показали дальнейшие электрофизиологические исследования. Кроме того, когда мыши вспоминали безопасные условия в дальнейшем, их эффект укреплялся. Исследователи считают, что это открытие поможет в понимании механизмов тревожных расстройств: возможно, сопровождающий пациентов страх связан с нарушениями связей между базолетеральной минадлиной и вентральным гиппокампом.

Другой важный регион мозга, участвующий в формировании воспоминаний — таламус. Так, например, недавно удалось показать, что его активация помогает восстанавливать рабочую память у пожилых мышей. Кроме того, на мышах исследовали, как на память и обучение влияет ЛСД.