CC BY
71
14
НОВОЕ СЛОВО В НАУКЕ И ПРАКТИКЕ
РОЛЬ НОВЫХ НЕЙРОНОВ В ДОЛГОВРЕМЕННОЙ ПАМЯТИ
© Немирович-Данченко Н.М.* *, Широкова В.В.*
Национальный исследовательский Томский государственный университет,
г. Томск
В настоящее время известно, что в мозге взрослых млекопитающих постоянно происходит образование новых нервных клеток. На сегодняшний день является нерешённым вопрос, как обновление нейронального состава влияет на долговременное хранение информации в головном мозге. Представляется принципиально возможной передача новым нейронам (и новым синапсам) свойств предшествующих нейронов, в том числе тех, которые были приобретены в процессе обучения.
Факт такой передачи означал бы, что информация, запечатлённая в связях нейрональной сети, передаётся новым нейронам, которые интегрируются в эту сеть. В ряде исследований действительно продемонстрирована важность новых нейронов для долговременного хранения информации. Дальнейшее исследование этого вопроса может существенно расширить наше понимание механизмов долговременной памяти.
Ключевые слова обонятельная луковица, гиппокамп, нейрогенез, долговременная память.
На сегодняшний момент многочисленными исследованиями продемонстрировано, что в мозге взрослых млекопитающих постоянно происходит процесс образования новых нейронов, которые интегрируются в уже существующие нейрональные сети [1]. В некоторых зонах мозга масштабы этого процесса особенно велики - например в гранулярном слое обонятельной луковицы за несколько месяцев может происходить значительное замещение старых нейронов новыми [2, 3].
К настоящему времени накоплено много данных о связи нейрогенеза с процессами памяти и обучения. Во-первых, получение новой информации приводит, как правило, к повышению уровня выживаемости новых нейронов, что свидетельствует об их востребованности в нейрональной сети [4-7]. Во-вторых, выключение или ингибирование нейрогенеза различными способами как правило приводит к ослаблению когнитивных функций [5-9]. В-третьих, нейроны, которые на момент получения животным новой информации находятся на определённой стадии развития (в возрасте нескольких недель), в большей степени, чем другие нейроны, участвуют в запечатлении этой информации [10-12].
Подавляющее большинство таких исследований изучает связь обучения с нейронами, которые либо уже появились к моменту обучения, либо обра-
* Младший научный сотрудник лаборатории нейробиологии.
* Студент.
Биологические науки
15
зуются на его фоне. И практически ничего неизвестно о роли новых нейронов, которые образуются после окончания обучения. В то же время, добавление новых нейронов после обучения, а также то, как происходит их интеграция в уже существующую нейронную сеть, может иметь большое значение для долговременного хранения информации.
До сих пор остаётся неясным, как замена старых нейронов новыми сказывается на долговременном хранении информации в нейрональных сетях. С одной стороны, замена прежних нейронов новыми может приводить к стиранию памятного следа, так как она предполагает обновление синаптических связей. С другой стороны, есть данные, свидетельствующие о тенденции синапсов новых клеток заменять либо дублировать синапсы прежних [13-15]. В этой связи, принципиально возможной представляется передача новым нейронам (и новом синапсам) свойств прежних нейронов, в том числе тех свойств, которые были приобретены в процессе обучения.
Хотя на сегодняшний момент нет прямых подтверждений подобной передачи информации, ряд исследований косвенно подтверждает эту возможность. Показано, что молодые нейроны, которые участвовали в запечатлении новой информации, через некоторое время перестают быть её носителями, что является косвенным свидетельством того, что происходит передача информации на другие (возможно, более молодые) нейроны [16]. Более того, ослабление нейрогенеза приводит к ускоренному забыванию ранее усвоенной информации [17].
Кажется вероятным, что дальнейшие исследования в этом направлении существенно расширят наше понимание механизмов долговременной памяти. Кроме того, выяснение связи нейрогенеза с долговременным хранением информации может открыть возможность для разработки новых подходов к лечению деменции, восстановлению когнитивных функций человека после инсульта, черепно-мозговых травм.
Данное научное исследование (№ проекта) выполнено при поддержке Программы «Научный фонд ТГУ им. Д.И. Менделеева» в 2015 г.
Список литературы:
1. Abrous, D.N., Koehl, M. & Le Moal, M. Adult neurogenesis: from precursors to network and physiology. Physiol. Rev. 85, 523-569 (2005).
2. Imayoshi et al., 2008 Imayoshi, I., Sakamoto, M., Ohtsuka, T., Takao, K., Miyakawa, T., Yamaguchi, M., Mori, K., Ikeda, T., Itohara, S., and Kageyama, R. (2008). Roles of continuous neurogenesis in structural and functional integrity of adult forebrain. Nat. Neurosci. 11, 1153-1161.
3. Kato, T., Yokouchi, K., Fukushima, N., Kawagishi, K., Li, Z. and Morii-zumi, T. (2001) Continual replacement of newly-generated olfactory neurons in adult rats. Neurosci. Lett., 307, 17-20.
4. Gould E, Beylin A, Tanapat P, Reeves A, Shors TJ. Learning enhances adult neurogenesis in the hippocampal formation. Nature Neurosci. 1999; 2: 260-265.
16
НОВОЕ СЛОВО В НАУКЕ И ПРАКТИКЕ
5. Epp JR, Spritzer MD, Galea LA. Hippocampus-dependent learning promotes survival of new neurons in the dentate gyrus at a specific time during cell maturation. Neuroscience. 2007; 149: 2730285.
6. Leuner B, et al. Learning enhances the survival of new neurons beyond the time when the hippocampus is required for memory. J. Neurosci. 2004; 24: 7477-7481
7. Leuner B, Waddell J, Gould E, Shors TJ. Temporal discontiguity is neither necessary nor sufficient for learning-induced effects on adult neurogenesis. J. Neurosci. 2006; 26: 13437-13442.
8. Dupret, D., Revest, J.M., Koehl, M., Ichas, F., De Giorgi, F., Costet, P., Abrous, D.N., and Piazza, P.V (2008). Spatial relational memory requires hippocampal adult neurogenesis. PLoS ONE 3, e1959.
9. Saxe MD, et al. Ablation of hippocampal neurogenesis impairs contextual fear conditioning and synaptic plasticity in the dentate gyrus. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2006; 103: 17501-17506.
10. Tashiro A, Makino H, Gage FH. Experience-specific functional modification of the dentate gyrus through adult neurogenesis: a critical period during an immature stage. J. Neurosci. 2007; 27: 3252-3259.
11. Kee N, Teixeira CM, Wang AH, Frankland PW. Preferential incorporation of adult-generated granule cells into spatial memory networks in the dentate gyrus. Nature Neurosci. 2007; 10: 355-362.
12. Trouche S, Bontempi B, Roullet P, Rampon C. Recruitment of adultgenerated neurons into functional hippocampal networks contributes to updating and strengthening of spatial memory. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2009; 106: 5919-5924.
13. Toni N, et al. Synapse formation on neurons born in the adult hippocampus. Nature Neurosci. 2007; 10: 727-734.
14. Toni et al., 2008 Toni, N., Laplagne, D.A., Zhao, C., Lombardi, G., Ri-bak, C.E., Gage, F.H., and Schinder, A.F. (2008). Neurons born in the adult dentate gyrus form functional synapses with target cells. Nat. Neurosci. 11, 901-907.
15. Faulkner RL, et al. Development of hippocampal mossy fiber synaptic outputs by new neurons in the adult brain. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2008; 105: 14157-14162.
16. Belnoue et al., 2011 Belnoue, L., Grosjean, N., Abrous, D.N., and Koehl, M. (2011). A critical time window for the recruitment of bulbar newborn neurons by olfactory discrimination learning. J. Neurosci. 31, 1010-1016.
17. Farioli-Vecchioh S, et al. The timing of differentiation of adult hippocampal neurons is crucial for spatial memory. PLoS Biol. 2008.
