Ваш мозг разрушает собственную ДНК, чтобы сформировать воспоминания, которые могут длиться всю жизнь

Ваш мозг разрушает собственную ДНК, чтобы сформировать воспоминания, которые могут длиться всю жизнь

Отметка времени: 8 апреля 2024 г., 3:55
Ваш мозг ломает собственную ДНК, чтобы сформировать воспоминания, которые могут сохраниться на всю жизнь ПлатоБлокчейн Data Intelligence. Вертикальный поиск. Ай.

Некоторые воспоминания сохраняются на всю жизнь. Трепет перед полным солнечным затмением. Первая улыбка, которой вы поделились со своим партнером. Взгляд любимого питомца, который только что скончался во сне.

Других воспоминаний не так уж и много. Мало кто из нас помнит, что мы ели на обед неделю назад. Почему одни воспоминания сохраняются, а другие исчезают?

Удивительно, но ответом может быть нарушение ДНК и воспаление в мозге. На первый взгляд эти процессы кажутся крайне вредными для функций мозга. Разорванные нити ДНК обычно связаны с раком, а воспаление связано со старением.

Но нового исследования на мышах предполагает, что разрушение и восстановление ДНК в нейронах открывает путь к долговременной памяти.

Мы формируем воспоминания, когда электрические сигналы проходят через нейроны гиппокампа — области в форме морского конька глубоко внутри мозга. Электрические импульсы соединяют группы нейронов в сети, кодирующие воспоминания. Сигналы отражают лишь краткие фрагменты ценного опыта, однако некоторые из них можно воспроизводить снова и снова в течение десятилетий (хотя они постепенно распадаются, как заеденная пластинка).

Подобно искусственным нейронным сетям, на которых работает большая часть современного ИИ, учёные уже давно полагают, что перенастройка связей в мозгу происходит быстро и подвержена изменениям. Но новое исследование обнаружило подмножество нейронов, которые изменяют свои связи, чтобы кодировать долговременные воспоминания.

Как ни странно, для этого нейроны задействуют белки, которые обычно защищаются от бактерий и вызывают воспаление.

«Воспаление нейронов головного мозга обычно считается плохой вещью, поскольку оно может привести к неврологическим проблемам, таким как болезнь Альцгеймера и Паркинсона», — сказал Автор исследования доктор Елена Радулович из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна в пресс-релизе. «Но наши результаты показывают, что воспаление в определенных нейронах в области гиппокампа мозга имеет важное значение для создания долговременных воспоминаний».

Мне остаться или идти?

У каждого из нас есть мысленный альбом для вырезок из нашей жизни. Проигрывая воспоминания — когда, где, кто и что — наш разум переносит нас во времени, чтобы заново пережить этот опыт.

В основе этой способности лежит гиппокамп. В 1950-х годах человеку, известному как Х.М., удалили гиппокамп для лечения эпилепсии. После операции он сохранил старые воспоминания, но больше не мог формировать новые, что позволяет предположить, что этот участок мозга является горячей точкой для кодирования воспоминаний.

Но какое отношение ДНК имеет к гиппокампу или памяти?

Все сводится к тому, как устроены клетки мозга. Нейроны соединяются друг с другом через небольшие выступы, называемые синапсами. Подобно пристаням между двумя противоположными берегами, синапсы выкачивают химические вещества для передачи сообщений от одного нейрона к другому. В зависимости от сигналов синапсы могут образовывать прочную связь с соседними нейронами или отключать связь.

Эта способность перенастраивать мозг называется синаптической пластичностью. Ученые давно считали, что это основа памяти. Когда мы изучаем что-то новое, электрические сигналы проходят через нейроны, запуская каскад молекул. Они стимулируют гены, которые реструктурируют синапсы, либо усиливая, либо уменьшая их связь с соседями. В гиппокампе этот «циферблат» может быстро изменить общую структуру нейронной сети для записи новых воспоминаний.

Синаптическая пластичность имеет свою цену. Синапсы состоят из набора белков, образующихся из ДНК внутри клеток. Благодаря новому обучению электрические сигналы нейронов вызывают временные разрывы ДНК внутри нейронов.

Повреждение ДНК не всегда вредно. С 2021 года его связывают с формированием памяти. Одно исследование Обнаруженные нарушения нашего генетического материала широко распространены в мозге и неожиданно связаны с улучшением памяти у мышей. После изучения задачи у мышей наблюдалось больше разрывов ДНК в различных типах клеток мозга, что указывает на то, что временные повреждения могут быть частью процесса обучения и памяти мозга.

Но результаты остались лишь на краткие воспоминания. Имеют ли подобные механизмы долгосрочный характер?

«Что позволяет кратким переживаниям, закодированным всего за несколько секунд, воспроизводиться снова и снова в течение жизни, остается загадкой», — говорит доктор. Бенджамин Келвингтон и Тед Абель из Института нейронаук Айовы, не принимавшие участия в работе, писал в природа.

Омлет памяти

Чтобы найти ответ, команда использовала стандартный метод оценки памяти. Мышей содержали в разных камерах: некоторым было комфортно; другие давали животным небольшой электрический разряд по лапам, ровно настолько, чтобы им не понравилась среда обитания. Мыши быстро научились предпочитать комфортную комнату.

Затем команда сравнила экспрессию генов у мышей с недавними воспоминаниями (примерно через четыре дня после теста) и у мышей, сохранивших память почти через месяц после пребывания.

Удивительно, но гены, участвующие в воспалении, активизировались в дополнение к тем, которые обычно связаны с синаптической пластичностью. Копнув глубже, команда обнаружила белок под названием TLR9. Обычно известный как часть первой линии защиты организма от опасных бактерий, TLR9 усиливает иммунный ответ организма против фрагментов ДНК вторгшихся бактерий. Однако здесь ген стал очень активным в нейронах внутри гиппокампа, особенно в тех, которые имеют стойкие разрывы ДНК, которые длятся несколько дней.

Что оно делает? В одном из тестов команда удалила ген, кодирующий TLR9, в гиппокампе. Когда этим мышам было предложено пройти тест на камеру, они с трудом могли запомнить «опасную» камеру в тесте на долговременную память по сравнению со сверстниками с неповрежденным геном.

Интересно, что команда обнаружила, что TLR9 может чувствовать разрыв ДНК. Удаление гена помешало клеткам мыши распознавать разрывы ДНК, что привело не только к потере долговременной памяти, но и к общей геномной нестабильности в их нейронах.

«Одним из наиболее важных вкладов этого исследования является понимание связи между повреждением ДНК… и стойкими клеточными изменениями, связанными с долговременной памятью», — пишут Келвингтон и Абель.

Тайна памяти

Как сохраняются долговременные воспоминания остается загадкой. Иммунные реакции, вероятно, являются лишь одним из аспектов.

В 2021, та же команда обнаружили, что сетчатые структуры вокруг нейронов имеют решающее значение для долговременной памяти. Новое исследование определило TLR9 как белок, который помогает формировать эти структуры, обеспечивая молекулярный механизм между различными компонентами мозга, которые поддерживают устойчивые воспоминания.

Результаты показывают, что «мы используем нашу собственную ДНК в качестве сигнальной системы», — заявил Радулович. заявил природа, чтобы мы могли «сохранять информацию в течение длительного времени».

Остается много вопросов. Предрасполагает ли повреждение ДНК определенных нейронов к образованию сетей, кодирующих память? И, что еще более важно, воспаление часто связано с нейродегенеративными расстройствами, такими как болезнь Альцгеймера. TLR9, который помог мышам запомнить опасные камеры в этом исследовании, ранее участвовал в запуске деменции при экспрессии в микроглии. иммунные клетки мозга.

«Как получается, что в нейронах активация TLR9 имеет решающее значение для формирования памяти, тогда как в микроглии она вызывает нейродегенерацию — антитезу памяти?» — спросили Келвингтон и Абель. «Что отличает вредное повреждение ДНК и воспаление от того, что важно для памяти?»

Изображение Фото: геральт / Pixabay

Отметка времени:

Больше от Singularity Hub