Наша географияЗаявка на членство+7 916 848-78-01info@rusneuro.net
О НейроНетеНаша миссияЧлены союзаНовостиПресс-центрДокументыАрхивКонтакты
Новости / Учёные исследуют механизмы долговременной памяти
Новости
21.08.2019

Учёные исследуют механизмы долговременной памяти

О медицинских перспективах эксперимента по изучению долговременной памяти в поисках веществ – регуляторов генов, с помощью которых можно усправлять высшими функциями мозга рассказал член-корреспондент РАН Павел Балабан, научный руководитель по направлению "нейрофизиология" Института высшей нервной деятельности РАН.

Как всё начиналось
В 50х годах прошлого века моллюски, благодаря возможности рассмотреть их нервные клетки без микроскопа, стали любимыми подопытными животными биофизиков. Диаметр их нейрона достигает двух миллиметров, толщина отростка - до одного миллиметра. В тело одной нервной клетки, к примеру, брюхоногого моллюска можно воткнуть до семи электродов.


У наземных моллюсков хорошо развиты условные рефлексы. Особенно это проявляется при негативном подкреплении (неприятное воздествие). 

"Если улитку ударить током в определенной обстановке, например, когда она ползет по шару, она туда никогда больше не вернется. Даешь им нюхать один запах — поворачивают налево, другой — направо. Они делают это медленно, но уверенно", — говорит Павел Балабан.

В мозге человека миллиарды нейронов, в то время как у моллюсков их 20 тысяч. Их когнитивные способности говорят о большой пластичности мозга, а значит, и памяти. 
"В 70-е мы думали, что, изучив активность каждого нейрона мозга улитки, поймем, как работает нейронная сеть. Рекорд — регистрация активности сразу 1,2 тысячи нейронов. Парадоксально, но этот путь мало что дал", — продолжает профессор.

За прошедшие двадцать лет выяснилось, что геном моллюсков в три раза больше человеческого (поэтому он ещё не расшифрован).

Интерес к долговременной памяти

За время исследования генетическая регуляция памяти была обнаружена молекула памяти. Имеются ввиду данные, хранящиеся в мозге сутки и более. Это называется долговременной памятью. До сих пор неясно, как она кодируется в нервной сети, что именно позволяет нейронам запоминать информацию на дни, недели, годы. При этом все биохимические системы в организме обновляются через четыре-восемь часов, белки живут два-три дня, разлагаются, синтезируются новые.

руговорот метаболитов происходит постоянно. Как в таком случае что-то хранится в мозге десятками лет? Это большая загадка", — констатирует Павел Балабан.

Точноизвестно что этот процесс связан с синтезом белков. Оъясняется это двумя основными гипотезами. По одной из них, ведущая роль отводится прионам — неправильно скрученным белкам. Они обладают способностью портить нормальные белки. Процесс этот самоподдерживающийся, участок нейронов помечается прионной меткой, которая сигнализирует, что тут что-то случилось.
Вместо прионов с тем же успехом может действовать некий фермент, который в нейронах регулирует транспорт белков, обеспечивающих память в контактах между нейронами (синапсах). Больше всего на эту роль подходит протеинкиназа M-зета.

"Эти молекулы синтезируются прямо в синаптической зоне нейрона и управляют количеством белковых рецепторов. Расчет простой: больше молекул фермента, больше рецепторов, синапс лучше работает. Свойства протеинкиназы M-зета уникальны — она запускает синтез самой себя через систему белков. Если ее по какой-то причине стало в десять раз больше, синтез идет активнее, и ее так и будет именно в этом месте всю жизнь в десять раз больше. Это опять же метка о том, что здесь что-то изменилось и хранится долго", — объясняет ученый.

Через гены к лечению памяти

Учёные в 1990-х обнаружили что Протеинкиназу M-зета есть почти у всех животных — от круглых червей до человека. Удивительно, но наша молекула памяти на 90 процентов похожа на улиточью.
"Много о ней пока неизвестно. Но уже становится понятно, к примеру, как стереть память. Просто удалить из нейронов этот фермент. Экспериментально это показали на мышах-нокаутах, у которых его синтез заблокирован. Они плохо запоминают, обучаются, но при этом нормально живут. Получается, что у этой молекулы нет других функций, кроме регулирования пластичности мозга", — рассуждает Павел Балабан.

Он с коллегами проверил на культурах крысиных нейронов, как синтезируется протеинкиназа M-зета под действием эпигенетических факторов — различных молекулярных меток, которые цепляются к ДНК в клетке и меняют активность отдельных генов, не внося при этом никаких мутаций в саму последовательность. Результаты эксперимента опубликованы в Scientific reports в этом году.
Ученые надеются, что эпигенетика поможет бороться с тяжелыми заболеваниями — такими как диабет, некоторые виды рака. Павел Балабан видит здесь путь к разработке принципиально новых лекарств для реабилитации страдающих болезнями Альцгеймера, Паркинсона, деменцией, перенесших инсульт.



Профессор Балабан считает, что эпигенетика — лучше, чем редактирование генома, после которого могут случиться непонятно какие отдаленные последствия, вплоть до онкологии 
"В идеале мы хотим научиться эпигенетическому редактированию, то есть влиять на активность генов, не внося мутаций в ДНК. В мире пока не отработаны даже лабораторные протоколы этой процедуры для нервных клеток", — уточняет он.

В России эти работы на нервных клетках ведет в основном группа Павла Балабана. Изначально они работали с моллюсками, теперь — с грызунами, чей геном полностью расшифрован. Зачастую учёным приходиться решать такие вопросы как: большие дозы регуляторов, с которыми приходится иметь дело (а некоторые из них токсичны), выяснение механизмов воздействия и пр. 
Один из нетоксичных регуляторов — бутират натрия. Это простое органическое соединение, соль масляной кислоты: четыре атома углерода и кислотные остатки. Наш организм получает регулятор из сливочного масла, пищи, богатой клетчаткой. Из кишечника с кровью бутират натрия через гематоэнцефалический барьер проникает в мозг, оттуда в нейроны. Ученые твердо знают, что его молекулы блокируют гистон деацетилазы (белковый фермент, управляющий генами) и таким образом активизируют определенные участки ДНК, отвечающие за память.
"Мы обнаружили его действие случайно. У нас были улитки, которые плохо обучались. Мы их обычно откладываем отдельно и наблюдаем. А в тот раз провели обучение, протестировали и вкололи бутират натрия. Проверили через два дня, а они, оказывается, все запомнили, чему мы их научили", — поделился ученый.

Бутират натрия не считается специфическим регулятором, у него масса различных функций в организме.
ктивируя неспецифически экспрессию генов, мы почему-то влияем в первую очередь на гены пластичности мозга. Негативных эффектов не нашли. Сейчас заканчиваем эксперименты на крысах и подыскиваем модель патологии, которую можно попробовать скорректировать. Это должны быть животные с обратимой болезнью или на ранней стадии заболевания, где страдает память", — говорит он.

Ученые хотят разработать препарат или БАД для реабилитации больных, например, после инсульта.
"Можно просто изменить диету, чтобы бутират натрия привносился естественным путем с пищей. Сразу вспоминается полноценное питание в советское время, когда в кашу — это источник клетчатки — обязательно клали кусочек масла. Если есть много мяса без клетчатки, то и умственные способности, похоже, снижаются", — поясняет Павел Балабан.

Прокачать мозг с помощью бутирата натрия, однако, не получится. Здоровый организм не реагирует никак на это вещество, сколько бы его не кормили им. Во всяком случае, это показано на улитках и грызунах. Другое дело при патологии, когда мозгу требуется повысить пластичность, чтобы перекинуть функции поврежденных участков на здоровые.
"У медиков много примеров, когда при удачной реабилитации работа мозга восстанавливалась за счет включения других его областей", — подчеркивает исследователь.

Источник

16.09.2019Участник Отраслевого союза "Нейронет", компания "Брейн Девелопмент" получила патент

Цифровой обучающий комплекс для подготовки к перспективным профессиям в области нейрофизиологии зарегестрирован в Государственном реестре изобретений РФ 2 сентября 2019 года

Подробнее
16.09.2019Первая базовая станция в рамках тестовой зоны 5G начала свою работу на территории Сколково

Радиооборудование базовой станции (БС) работает в диапазоне 4,8–4,99 ГГц в соответствии с разрешением на использование частот, которое было выдано Государственной комиссией по радиочастотам (ГКРЧ) для создания пилотной зоны сетей связи 5G

Подробнее
13.09.201912 сентября состоялся Демо день AI-акселератора и Акселерационной программы ВШЭ

10 проектов выступили со своими презентациями перед аудиторией инвесторов, представителей корпораций и инфраструктурных организаций.

Подробнее
13.09.201924 сентября состоится встреча "Виртуальная и дополненная реальность: опыт применения в промышленности"

В ходе встречи эксперты из Газпромнефть, Шлюмберже и Сибур расскажут о своих кейсах в AR и VR, поделятся опытом организации процесса, расскажут как выбрать направления внедрения, о работе с компаниями-разработчиками и внутренней командой, как определить результат и увидеть дальнейшее развитие. 

Подробнее
12.09.2019Как наш мозг фильтрует звуки

Нейробиологи из Женевского университета (UNIGE, Швейцария), изучают ранее не неизвестный механизм, лежащий в основе этого слухового сенсорного гейтинга

Подробнее
11.09.2019Разработана нейросеть, превращающая картины в музыку

Алгоритм, состоящий из двух частей, кодирует изображение в высокоуровневое представление, а затем декодирует это представление в музыку

Подробнее
11.09.2019Завершилась 37-я международная летняя школа по машинному обучению

Machine Learning Summer School – MLSS впервые прошла в Москве. Сколковский институт науки и технологий выступил соорганизатором и принимающей стороной. 

Подробнее
10.09.2019Учёные разработали новый подход к исследованию болезни Паркинсона

Ученые будут определять состояние миелина в мозгу по данным МРТ, обработанным с помощью особой математической модели

Подробнее
10.09.2019Участник Отраслевого союза "Нейрнет", компания "Континент-тау", представила на ВЭФ перчатки TAU Traсker

TAU Tracker - это технология, а также созданная на ее основе модульная система захвата движения рук

 

Подробнее
123242, г. Москва, Малый Конюшковский пер., д. 2, оф. 17