Постоянное состояние бдительности порождает другой тип памяти, чем мгновенное испуг, и эти различия связаны с различными сигнальными молекулами в мозгу мышей. Исследователи из RIKEN Center for Brain Science (CBS) впервые визуализировали эту динамику в мозгу живой мыши, наблюдая быстрые и медленные молекулярные пути, которые поддерживают функцию памяти. Эти процессы происходят в клетках мозга, называемых астроцитами, что открывает еще один важный способ, которым эти клетки помогают нейронам.
Норадреналин, также называемый норадреналином, представляет собой двойной гормон и нейромедиатор, который подготавливает организм к действию. Предыдущие исследования показали, что высвобождение норэпинефрина важно для модификации синапсов, связей между нейронами, которые формируют и консолидируют воспоминания. Астроциты являются решающими медиаторами этих изменений, и исследователи были заинтересованы в наблюдении в реальном времени того, что происходит в этих клетках, когда мыши учатся. Их исследование было опубликовано в Nature Communications 24 января.
Во-первых, команда искусственно стимулировала клетки мозга светом, методом, называемым оптогенетикой, чтобы вызвать высвобождение норадреналина. Они сосредоточились на норадренергических нейронах, происходящих в части мозга, называемой голубым пятном. Высвобождение норэпинефрина запустило две различные цепочки молекулярных событий, первая из которых связана с кальциевой активностью, а вторая – цАМФ, важной сигнальной молекулой. Уровни кальция в астроцитах быстро повышались после высвобождения норэпинефрина, в то время как уровни цАМФ увеличивались медленнее, но более устойчиво. "Мы думаем, что эта быстрая и медленная динамика важна, потому что повышение содержания кальция в астроцитах способствует синаптической пластичности или способности клеток формировать новые связи в памяти, в то время как повышение цАМФ мобилизует энергетический метаболизм для консолидации памяти," сказал Хадзиме Хирасе, старший автор и руководитель группы RIKEN CBS.
Чтобы увидеть, как эти быстрые и медленные молекулярные реакции запускаются естественным образом, мышам давали случайные вдохи воздуха в лицо, чтобы вызвать краткую реакцию испуга. В этой ситуации уровни цАМФ вообще не повысились, в то время как уровень кальция стал повышенным, как это наблюдалось ранее. Во втором эксперименте мышам наносили удар ногой в сочетании со звуком, чтобы вызвать воспоминание о страхе. Когда они снова услышали звук, мыши замерзали в ожидании шока. На этот раз уровень цАМФ был заметно повышен, в то время как уровень кальция также повысился, но быстро снизился. "Когда мыши находятся в таком устойчивом состоянии бдительности, выделяется много норадреналина в сочетании с постепенным накоплением цАМФ," объясняет первый автор Юки Оэ, научный сотрудник группы Хирасе. "Это отражает то, как астроциты поддерживают формирование памяти о страхе." Ни кальций, ни цАМФ не наблюдались у мышей, которым давали препараты, блокирующие норадреналин, что указывает на то, что высвобождение норадреналина действительно является триггером этих изменений.
Таким образом, краткосрочные и долгосрочные последствия выброса норэпинефрина в мозг зависят от ситуации и поведения. В частности, формирование памяти поддерживается повышением уровня цАМФ, в то время как преходящие состояния или состояния низкой бдительности включают кратковременное повышение уровня кальция. "Одним из эффектов цАМФ является расщепление гликогена для получения быстрой энергии в ситуации борьбы или бегства," комментарии Хирасе. "Такое усиление энергетического метаболизма может помочь консолидировать воспоминания в более длительных временных масштабах, в то время как быстрое повышение уровня кальция может снизить порог синаптической пластичности."