Утрата детской способности забывать свои страхи обратима

Мышь линии C57BL/6J — одной из самых широко используемых в лабораторных исследованиях чистых линий домовой мыши (Mus musculus). Сокращение BL означает black (черный), то есть эти мыши не альбиносы, в отличие от мышей ряда других лабораторных линий, таких как BALB/c (где ALB означает albino). В обсуждаемой работе были использованы мышата и взрослые мыши линии C57BL/6J. Фото из популярной заметки в журнале Nature от 5 декабря 2002 года, посвященной прочтению полного мышиного генома (также выполненному на мышах этой линии)

В процессе взросления у млекопитающих изменяется работа ряда структур головного мозга, в частности миндалевидного тела, расположенного в височной доле каждого полушария и играющего ключевую роль в возникновении и запоминании эмоций. Так, у детенышей мышей и крыс отмечена способность навсегда забывать испытанный ранее страх, если вызывавшее этот страх воздействие неоднократно повторяется без каких-либо неблагоприятных последствий, причем взрослые животные утрачивают эту способность. Опыты, проведенные в Базеле (Швейцария), показали, что утрата мышами «детской» способности забывать свои страхи связана с формированием вокруг некоторых групп нейронов миндалевидного тела упорядоченных сетей из протеогликанов. Инъекция в миндалевидное тело фермента, разрушающего эти сети, вновь приводит взрослых мышей в «детское» состояние, возвращая им способность навсегда забывать испытываемые страхи. Если в человеческом мозге регуляция страшных воспоминаний осуществляется сходным образом, в будущем подобные методы могут быть использованы в медицине для борьбы с патологическими страхами и другими патологиями нервной системы.

Взросление млекопитающих сопряжено с рядом изменений в работе головного мозга, в результате которых, в частности, утрачивается пластичность некоторых функций, свойственная организму на ранних этапах развития. К таким изменениям относится открытая недавно у молодых крыс (в возрасте 17 дней после рождения) способность навсегда забывать испытанные страхи, которая вскоре (уже к 23-му дню) утрачивается и взрослым крысам не свойственна. Восприятие и запоминание страха у млекопитающих связано с работой миндалевидного тела — парной структуры головного мозга, расположенной в височной доле коры каждого полушария. Поэтому естественно предположить, что именно изменения, происходящие в миндалевидном теле, делают взрослых грызунов эмоционально менее пластичными, чем детеныши. Эксперименты с мышами, проведенные в Институте биомедицинских исследований Фридриха Мишера (Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research) в Базеле (Швейцария), результаты которых были опубликованы недавно в журнале Science, не только подтвердили это предположение, но и показали, какие именно изменения в миндалевидном теле отвечают за данную перестройку поведения. Причем явления, вызывающие эту перестройку, оказались обратимыми, и взрослых мышей удалось искусственно вернуть в «детское» состояние.

Исследователи обратили внимание на то, что приблизительно в том же возрасте, когда крысы утрачивают способность навсегда забывать испытанные страхи, у молодых мышей в базолатеральной части миндалевидных тел в несколько раз увеличивается число окружающих некоторые группы нейронов высокоупорядоченных сетей, образованных белково-углеводными комплексами определенного типа — протеогликанами на основе хондроитинсульфата (подобные протеогликаны входят в состав хрящевой ткани и во многом обеспечивают ее устойчивость к сжатию).

Число окружающих нейроны протеогликановых сетей (perineuronal nets, PNNs), выявляемых на одном срезе (section) базолатеральной части миндалевидного тела у мышей разного возраста (P16 — 16-й день после рождения и т. д.). Звездочками (*) отмечены значения показателя достоверности различий (*P P P Science

Такого рода сети, формирующиеся вокруг некоторых интернейронов зрительной коры головного мозга крыс, как было показано Томмазо Пиццоруссо (Tommaso Pizzorusso) и его коллегами, вызывают у взрослеющих крыс утрату способности заново определять ведущий глаз. Если надолго закрыть крысенку ведущий глаз, то ведомый глаз становится ведущим, в то время как у взрослых крыс ведущий глаз определен уже навсегда. Введение в кору головного мозга крысы фермента хондроитиназы ABC (ChABC), разрушающего протеогликановые сети, позволяет вернуть взрослому животному «детскую» пластичность в определении ведущего глаза, и если надолго закрыть такой крысе ведущий глаз, то ведомый глаз возьмет на себя его роль.

Базельская группа установила, что мышам, как и крысам, свойственно утрачивать в возрасте порядка 20 дней после рождения способность навсегда забывать свои страхи, и проверила, может ли инъекция хондроитиназы в миндалевидное тело взрослых мышей вернуть им свойственную лишь мышатам пластичность в запоминании и забывании подобных эмоций. Результат оказался положительным в обоих случаях.

Результаты опыта с 16- и 23-дневными мышами (обозначения здесь и далее те же, что на предыдущем рисунке). В первый день у мышат вырабатывали условный рефлекс: неоднократно воздействовали на них электрическим током в конце 5-секундного шумового сигнала, в результате чего при звуке шума они замирали от страха (здесь и далее по оси ординат отложен процент времени, в течение которого продолжалось замирание — freezing). Во второй день (слева) мышата снова слышали шумовые сигналы, но уже без удара током. В третий день (в центре) шумовые сигналы без удара током возобновили, причем мышата уже слабо реагировали на них (условный рефлекс был успешно подавлен). Через неделю, в течение которой мышата не слышали шума и не испытывали ударов током, их вновь подвергали воздействию шумовых сигналов без удара током (справа); при этом старшие мышата вновь демонстрировали реакцию страха, в то время как у младших страх, вызываемый шумовыми сигналами, оказывался прочно забыт. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Чтобы узнать, утрачивают ли взрослеющие мыши, подобно крысам, способность забывать испытанный страх, взяли несколько 16-дневных и несколько 23-дневных мышат. В первый день эксперимента у мышат обеих групп выработали условный рефлекс, связанный со страхом. С интервалами порядка минуты на них воздействовали пятисекундными шумовыми сигналами, в конце каждого из которых мышонок в течение одной секунды получал слабый удар электрическим током. В результате мышата научились бояться шума и, услышав его, подолгу замирали в ожидании электрического удара. На следующий день шумовые воздействия возобновили, но уже не сопровождали их ударами тока. Некоторое время реакция замирания в ответ на шум сохранялась, после чего постепенно угасла. На третий день шум уже почти не вызывал страха у мышат обеих возрастных групп. По прошествии недели, в течение которой мышата не слышали шума, их вновь подвергли воздействию шумовых сигналов. Во всех предшествующих случаях обе группы демонстрировали сходное поведение, но теперь шум вызывал продолжительное замирание только у старших мышат, а младшие благополучно забыли о том, что некогда подобный шум предвещал для них удар электрического тока.

Роль в этом явлении протеогликановых сетей, окружающих нейроны в миндалевидном теле, была проверена на следующем опыте. Взрослым мышам одного возраста за сутки до начала опыта вводили в оба миндалевидных тела либо раствор хондроитиназы, либо такой же объем «пустого» растворителя (стандартного буферного раствора PBS). Было показано, что в течение суток после такой инъекции хондроитиназы все протеогликановые сети в базолатеральной части миндалевидных тел исчезали. Затем мышей обеих групп подвергали той же последовательности воздействий, что и в предыдущем опыте. Полученные результаты убедительно подтвердили предположение, что утрата пластичности в запоминании страха связана с тем же, что и утрата пластичности в определении ведущего глаза, то есть с формированием протеогликановых сетей, в данном случае — в базолатеральной части миндалевидного тела.

Результаты опыта с трехмесячными взрослыми мышами. За сутки до начала опыта одной группе мышей вводили в базолатеральную часть миндалевидного тела не содержащий фермента растворитель (vehicle), а другой группе вводили с тем же растворителем фермент (ChABC), разрушающий протеогликановые сети. Затем повторяли ту же последовательность действий, что и в предыдущем опыте: в первый день — шумовые сигналы с ударами тока в конце, во второй (слева) и третий (в центре) — шум без ударов тока, через неделю (справа) — вновь шум без ударов тока. При этом мыши, искусственно лишенные белковых сетей, окружающих нейроны в базолатеральной части миндалевидного тела, вели себя «по-детски» (подобно мышатам, которым было 16 дней в начале предыдущего опыта). Разрушение протеогликановых сетей позволило им, в отличие от взрослых мышей контрольной группы, прочно забыть страх, неоднократно испытанный ранее. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Дальнейшие опыты позволили проследить ход затухания реакции замирания у подвергнутых инъекции и контрольных мышей и уточнить ряд подробностей. При этом выяснилось, что инъекция фермента позволяет взрослым мышам забывать только те страхи, которые испытаны после инъекции, в то время как на воспоминания о страхе, испытанном до инъекции, ее эффект не распространяется. Таким образом, протеогликановые сети миндалевидного тела обеспечивают скорее формирование, чем поддержание долговременной памяти о страхе. Пока неясно, как именно они это делают, но авторы высказывают ряд предположений о возможном влиянии подобных сетей на синапсы, регуляция работы которых связана с формированием и сохранением памяти.

Свойственная детенышам способность забывать испытанный страх, вероятно, может способствовать их выживанию, помогая им полагаться скорее на недавний опыт, чем на опыт прошлых дней. Взрослому животному невыгодно сохранять все «детские» страхи хотя бы потому, что далеко не все факторы, опасные для детеныша, опасны и для взрослого.

Этот новый пример регуляции взросления одного из функциональных элементов мозга за счет изменений, происходящих во внеклеточном матриксе, заставляет предположить, что подобные механизмы могут быть задействованы и в других частях нервной системы. В обоих обсуждаемых выше случаях (зрительная кора и миндалевидное тело) молекулярные механизмы работы протеогликановых сетей по-прежнему остаются неизвестными. Многое в этой области еще предстоит выяснить.

Вполне возможно, что подобные явления будут обнаружены и у человека. Нарушения в работе миндалевидных тел вызывают у людей различные формы патологического страха и других эмоциональных расстройств. Если механизм освобождения от детских страхов у людей сходен с таковым у мышей и крыс, то методы, подобные вышеописанному, возвращающему взрослым животным способность «по-детски» избавляться от страшных воспоминаний, могут когда-нибудь найти медицинское применение в области предотвращения и лечения заболеваний нервной системы.

Источник: Nadine Gogolla, Pico Caroni, Andreas Luthi, Cyril Herry. Perineuronal nets protect fear memories from erasure // Science. 4 September 2009. V. 325. P. 1258–1261.

<< Назад