Как ученые пробуждают и стирают воспоминания
Нейробиолог Шина Джосселин может пробуждать и стирать воспоминания у мышей с помощью новых инструментов, позволяющих точно контролировать работу мозга. На прорыв её натолкнули многолетние поиски энграммы Карла Лешли. Об исследовании Джосселин рассказывают Quanta Magazine и она сама.
Всё началось с провала: именно неудачные поиски, продлившиеся 30 лет, направили Шину Джосселин в область нейробиологии, где она добилась невероятных результатов.
По основному образованию психолог, Джосселин, теперь нейробиолог в Торонтском университете, изучала работы Карла Лешли. Знаменитый психолог разработал теорию о том, что воспоминания хранятся в собрании клеток мозга, которые возбуждаются в согласии с определенной моделью, которую называют энграмма. Смысл в том, что мозг хранит воспоминание – вроде музыкальной заставки к шоу Джерри Сайнфелда или аромата духов вашей матери – с помощью усиления связей конкретного набора нейронов. Когда мозгу нужно получить доступ к воспоминанию, клетки возбуждаются по знакомому образцу.
Джосселин начала размышлять над безуспешными поисками Лешли, когда в постдокторантуре Йельского университета в 1990-х её озадачили результатом эксперимента на мышах. Она изучала клетки миндалевидной железы мозга, то есть той части, которую связывают с эмоциональными воспоминаниями. Несмотря на то, что Джосселин изменила всего несколько клеток, процедура значительно улучшила память животных. Эти мыши гораздо лучше помнили то, что вызвало у них страх (определенный звук в сочетании с разрядом тока), чем мыши, чьи клетки не были изменены.
Джосселин начала подозревать, что наткнулась на ту самую энграмму Лешли, но ей понадобилось почти десять лет, чтобы добыть доказательства. В 2009-м её команда продемонстрировала, что можно удалить конкретное воспоминание у мыши, если умертвить определенный набор мозговых клеток. Спустя более, чем сто лет после того, как Лешли начал искать энграмму, Джосселин её нашла.
Ключ к успеху её команды был во владении приборами молекулярной точности. Они спроектированы так, чтобы можно было отмечать клетки мозга, которые формировали новое воспоминание – нейроны, которые возбуждались, когда мыши узнавали, что определенный звук предвещает немедленный удар током. Исследователи использовали молекулярные метки для того, чтобы избавиться только от конкретных клеток мозга, удаляя одно воспоминание, но оставляя нетронутыми все остальные
С тех пор ученые использовали и другие приборы, которые позволяют «играть» с энграммой на более продвинутом уровне. Они смогли усыплять и активировать клетки, которые составляют модель воспоминания, удаляя и пробуждая определенные воспоминания и даже внедряя ложные воспоминания.
Власть над памятью вызывает одновременно и восхищение, и страх. Перед глазами встают мрачные образы из научно-фантастических фильмов вроде «Вечного сияния чистого разума», в котором пара стирает болезненные воспоминания друг о друге. Однако это исследование потенциально может помочь разгадать тайну расстройств памяти и, к примеру, помочь справиться с посттравматическим синдромом.
Сейчас Джосселин пытается разобрать энграмму на винтики и надеется помочь развитию новых способов лечения зависимости, болезни Альцгеймера и других заболеваний. Издание Quanta Magazint поговорило с Джосселин о поисках энграммы. Отредактированная и сконцентрированная версия этой беседы представлена ниже.
Что же такое энграмма?
Это физическое проявление памяти в мозге, собрание клеток, которое, если мы их активируем, выражает воспоминание. Она меняется, когда мы узнаем что-то новое, возбуждается в том виде, в каком она есть, когда мы что-то вспоминаем.
Как мозг создает энграмму?
Мы считаем, что синаптические связи между нейронами, которые избираются для энграммы, становятся сильнее и таким образом создают мини-сеть.
Вы были привлечены в эту область исследований благодаря работе Лешли, который искал энграмму 30 лет. Как Лешли пытался доказать существование энграммы?
Он ставил изобретательные эксперименты, в ходе которых он тренировал крысу пробегать лабиринт, а потом систематически уничтожал разные части её мозга, пытаясь выяснить, где именно хранятся воспоминания. Смысл в том, что, если бы он нашел ту самую область мозга, то животное не смогло бы вспомнить, как преодолеть лабиринт. Лешли сконцентрировался на коре головного мозга, то есть части, которая ближе всего к черепу.
К концу своих тридцатилетних поисков он пришел, впрочем, с пустыми руками. Он не смог найти, где именно хранятся воспоминания. Они как бы были повсюду – если он уничтожал большую часть мозга, то это влияло на память. Но маленькое повреждение, независимо от того, где именно, ни к чему не приводило. Тогда он решил, что энграмма – повсюду, но нигде конкретно. Это была поучительная история: люди перестали искать конкретное место, где хранятся воспоминания.
Больше, чем 60 лет спустя, вновь началось изучение энграммы. Почему?
Всё изменилось, когда у нас появились инструменты для более точной работы, и они позволили усыплять или активировать конкретные клетки.
Почему инструменты так важны?
У нас миллионы мозговых клеток, но лишь малая часть формирует энграммы для конкретных воспоминаний. Мы полагаем, что клетки, активные во время запоминания, являются необходимым компонентом энграммы. Современные технологии позволяют нам визуализировать и изменять эти клетки, помечать их, потом активировать их или деактивировать. Мы можем заново провести эксперименты Лешли, но вместо того, чтобы умерщвлять целые куски коры головного мозга, мы можем прицельно работать с конкретными клетками, которые были активны в момент запоминания. Мы выяснили, что усыпление этих клеток подавляет воспоминание, активация – возвращает. Это доказывает, что энграмма существует, и мы можем ею управлять.
Откуда вы знаете, о чем думают мыши, когда вы активируете энграмму? Как вы понимаете, что они действительно вспоминают о чем-то?
Мы не уверены, что это воспоминание в полном смысле слова. Но, если активировать эти клетки, животное выглядит испуганным, замирает. Мы словно минуем слух и апеллируем напрямую к мозгу. Животное пугается, даже если не проигрывать звук [после которого следует удар током] на самом деле.
Это работает только со страшными воспоминаниями? Можете ли вы изменять такие воспоминания?
Да, к примеру, мы манипулировали воспоминаниями, связанными с кокаином. Мы учили животное ассоциировать определенное место с кокаином, и животное проводит в этом месте большую часть своего времени. Затем мы удаляем воспоминание, умертвляя клетки, которые являются частью этой энграммы. Получается, что животное как будто никогда не пробовало кокаина в этой обстановке, и это место уже не вызывает у мыши предпочтения.
Иногда на людей с наркотической зависимостью хорошо влияет лечение в реабилитационных клиниках, потому что она далеко от всего того, что ассоциируется у них с приемом наркотиков. Но когда они возвращаются в привычную среду, где они употребляли наркотики, случается рецидив – ведь их организм ожидает и требует наркотических веществ, которые ассоциируются с этой обстановкой. Мы попытались добраться до сути проблемы, задавшись вопросом «можем ли мы сделать что-то, чтобы ослабить кокаиновые воспоминания?». Манипулируя клетками, которые кажутся нам важными, мы заставили животное вести себя так, словно оно никогда и не пробовало кокаина.
Значит ли это, что вы можете излечить кокаиновую зависимость у мышей?
Дело в том, что животное не совсем зависимо, мы не даем ему долгосрочного опыта взаимодействия с кокаином. Но это может быть первым шагом в лечении зависимости.
Может ли такой подход быть применен к людям?
Сейчас удивительный мир технологий, которые мы используем на мышах, не может быть легко адаптирован для человека. Но мы можем взять основные принципы, которые мы вынесли из этого исследования, и попытаться придумать новые способы лечения людей. Результаты доказывают, что, возможно, когда мы будем заниматься лечением, нам не нужно будет поражать все клетки в теле. Возможно, мы разработаем лекарство, которое будет поражать только активные клетки.
Итак, вы можете пробуждать воспоминания, можете удалять их… Какие еще странные штуки ученые могут вытворять с памятью?
Теперь, когда мы научились ориентироваться в энграммах и помечать, можно играть с памятью уймой способов. Например, ученые могут внедрить ложные воспоминания. Они могут активировать энграмму, связанную с воспоминанием о конкретном месте, и связать её с ударом тока. Тогда мышь замирает в том месте лабиринта, где её на самом деле током не ударяло.
Чем вы хотите заниматься дальше?
В данный момент мы располагаем достаточно искусственными результатами. Мы учим мышей одной вещи, проверяем эту вещь, сочетая, например, удар током и звук. Но мы бы хотели посмотреть, как можно работать с тем, с чем подопытный сталкивается каждый день, как все эти вещи накладываются друг на друга. Мыши и люди способны учиться огромному количеству самых разных людей. Как энграмма становится знанием, а не отдельным воспоминанием? Можем ли мы заставить энграмму длиться вечно? Что происходит, когда мы стареем и наши воспоминания путаются? Путаются ли энграммы? Как положительные воспоминания взаимодействуют с негативными? Как всё это меняется в зависимости от возраста?
Одна очень важная вещь, которую мы упускаем, это работа энграммы в определенные моменты времени. Скорее всего, клетки возбуждаются уникальным образом, вызывая воспоминание, это как азбука Морзе. Сейчас мы подходим к активации клеток довольно грубо: возбуждаем всё «покрывало» группы клеток одновременно. Этого достаточно для простых воспоминаний – опять же, вроде сочетания звука и удара током, – но, скорее всего, прекрасно слаженный оркестр мозговых клеток работает не так. Нам нужно копать глубже и разработать более тонкий метод «чтения» мозга.
Вы не беспокоитесь об этической стороне этого исследования?
Я считаю, что этические соображения невероятно важны, особенно если эту технологию удастся адаптировать для людей. Этично ли просто удалить плохое воспоминание, которое кто-то не любит воскрешать в памяти? Мы все учимся на ошибках, так что важно оставлять воспоминания нетронутыми. Например, если я помню, как в детстве обожглась, коснувшись раскаленной плиты, я не стану трогать её снова. Это воспоминание о болезненном опыте, безусловно, но, если его стереть, я снова совершу ту же ошибку. Но всё гораздо сложнее, когда мы имеем дело с ужасным воспоминанием, которое мешает нормальной жизни. Скажем, в случае с посттравматическим синдромом, возможно, удаление или изменение воспоминания поможет улучшить здоровье и состояние того, кто этим синдромом страдает, человек вернется к нормальному существованию. Где провести черту – это будет непростой вопрос.
Реабилитирует ли ваше исследование Лешли в глазах сообщества? В целом его оригинальная теория оказалась верной?
И да, и нет. Энграмма гораздо сложнее, чем мы думали изначально. Это не просто место в мозге, которое хранит воспоминания. На данные момент наши методы помогли нам найти составляющие энграммы, но мы еще не нашли всю энграмму – мы считаем, она широко распространяется через мозг и может меняться, когда стареет память. Большинство людей изучает кучку нейронов в одной конкретной области мозга. Я грешила этим не меньше остальных. Но теперь изучение той или иной, но только одной области мозга устарело. Нам нужно рассматривать их комплексно, работать вместе.
Когда вы впервые задумались об энграмме в 1999-м, могли ли вы представить, где окажетесь сегодня?
Когда мы только начинали, мы и подумать не могли, какие сумасшедшие эксперименты будут возможны сегодня. Мы считали, что будем в уязвимом положении, никто не воспримет нас всерьез. Но время идет, всё больше людей начинают этим интересоваться. Сейчас уже 2016-й, и я работаю над этой задачей 17 лет. Не так долго, как Лешли, но я его явно догоняю!
Комментарии