Усиление слабой памяти об условном сигнале путем реактивации энграммы
- Авторы: Торопова К.А.1, Ивашкина О.И.2, Юрин А.М.2, Анохин К.В.2,3
-
Учреждения:
- Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
- Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
- Научно-исследовательский институт нормальной физиологии им. П.К. Анохина
- Выпуск: Том 18, № 4 (2023)
- Страницы: 735-738
- Раздел: Материалы конференции
- URL: https://bakhtiniada.ru/2313-1829/article/view/256312
- DOI: https://doi.org/10.17816/gc623276
- ID: 256312
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Аннотация
Одним из ключевых задач нейробиологии является поиск механизмов влияния прошлого опыта на осуществление текущего поведения и обучение. Известно, что полученный в прошлом когнитивный опыт способен усиливать формирование новой памяти как у человека, так и у животных. Однако механизмы данного феномена зависимости формирующейся заново памяти от прошлой истории индивидуального опыта на сегодняшний день слабо изучены как на поведенческом, так и на нейрональном уровне.
Цель работы. Проверка гипотезы о том, что потенцирующее влияние прошлого опыта на формирование новой памяти происходит только в том случае, если данные события вовлекают пересекающиеся популяции нейронов головного мозга. Для этого нами была разработана уникальная поведенческая методика слабого обучения мышей условно-рефлекторному замиранию на сигнал, заключающаяся в очень кратком (5 с) предъявлении условного сигнала непосредственно до нанесения слабого электрокожного раздражения. Эффект усиления слабой памяти был обнаружен нами при кумулятивном обучении: слабое обучение, само по себе не вызывающее формирования проявляющейся в поведении долговременной памяти, может быть усилено в том случае, если провести его повторно. Такое усиление памяти происходит, только если животное было оба раза обучено на один и тот же условный сигнал. Если же условные сигналы, использованные при первом и втором слабом обучении, незначительно отличались, то не происходило формирования памяти ни об одном из них. При этом усиление памяти при кумулятивном обучении являлось контекст-зависимым: оно проявлялось в полной мере в том случае, если повторные сессии обучения проводили в одной обстановке. Нами было проверено, действительно ли формирование долговременной памяти об условном сигнале при кумулятивном обучении зависит от прошлого опыта животных, который может быть модифицирован повторным обучением. Было обнаружено, что формирование долговременной памяти об условном сигнале происходит успешно в том случае, если два слабых обучения разделены интервалом более 30 мин (и до 30 дней), но не происходит, если интервал между обучениями составляет 30 с или 5 мин. Таким образом, усиление слабой памяти при кумулятивном обучении происходит, только если второе обучение отделено от первого временным промежутком, достаточным для формирования латентной памяти о первом. Таким образом, полученные данные дают основание предполагать, что слабое обучение условно-рефлекторному замиранию вызывает долговременные пластические перестройки в мозге мышей, которые могут быть усилены и привести к поведенческому проявлению памяти только при повторном слабом обучении на тот же условный сигнал. Далее нами была исследована активность различных областей мозга при кумулятивном обучении. Мы показали, что повторное слабое обучение приводит к специфической активации областей мозга мыши, критически важных для формирования долговременной памяти: ассоциативных зон коры, миндалины и гиппокампа. При этом, такой активации не наблюдалось после однократного слабого обучения — в этом случае активность структур мозга была такой же, как у мышей, получавших условный сигнал без подкрепления и не обучавшихся. Эти результаты показывают, что хотя однократное слабое обучение оставляет в мозге след памяти, который может быть усилен при повторении этого обучения, обнаружить этот след памяти на уровне активности целых структур мозга невозможно. В связи с этим, далее нами была проведена прямая проверка основной гипотезы данной работы путём оценки перекрытия популяций нейронов у трансгенных мыши репортерной Cre-линии, у которых экспрессией флуоресцентного белка помечены нейроны, вовлекшиеся в первое слабое обучение, а активные во втором обучении клетки помечены с помощью иммуногистохимической окраски на нативный белок Arc. Было показано, что при кумулятивном обучении более 30% нейронов прелимбической коры, слуховой коры и миндалины активируются повторно, тогда как в случае двух слабых обучений на различные условные сигналы, не приводящих к формированию памяти, повторно активируется только 10% клеток. Таким образом, в настоящей работе феномен зависимости формирующейся заново памяти от прошлой истории индивидуального опыта был изучен нами как на поведенческом, так и на нейрональном уровне. Было показано, что потенцирующее влияние прошлого опыта на формирование памяти зависит от повторной активации одних и тех же нейронов.
Полный текст
Одним из ключевых задач нейробиологии является поиск механизмов влияния прошлого опыта на осуществление текущего поведения и обучение. Известно, что полученный в прошлом когнитивный опыт способен усиливать формирование новой памяти как у человека, так и у животных. Однако механизмы данного феномена зависимости формирующейся заново памяти от прошлой истории индивидуального опыта на сегодняшний день слабо изучены как на поведенческом, так и на нейрональном уровне.
Цель работы. Проверка гипотезы о том, что потенцирующее влияние прошлого опыта на формирование новой памяти происходит только в том случае, если данные события вовлекают пересекающиеся популяции нейронов головного мозга. Для этого нами была разработана уникальная поведенческая методика слабого обучения мышей условно-рефлекторному замиранию на сигнал, заключающаяся в очень кратком (5 с) предъявлении условного сигнала непосредственно до нанесения слабого электрокожного раздражения. Эффект усиления слабой памяти был обнаружен нами при кумулятивном обучении: слабое обучение, само по себе не вызывающее формирования проявляющейся в поведении долговременной памяти, может быть усилено в том случае, если провести его повторно. Такое усиление памяти происходит, только если животное было оба раза обучено на один и тот же условный сигнал. Если же условные сигналы, использованные при первом и втором слабом обучении, незначительно отличались, то не происходило формирования памяти ни об одном из них. При этом усиление памяти при кумулятивном обучении являлось контекст-зависимым: оно проявлялось в полной мере в том случае, если повторные сессии обучения проводили в одной обстановке. Нами было проверено, действительно ли формирование долговременной памяти об условном сигнале при кумулятивном обучении зависит от прошлого опыта животных, который может быть модифицирован повторным обучением. Было обнаружено, что формирование долговременной памяти об условном сигнале происходит успешно в том случае, если два слабых обучения разделены интервалом более 30 мин (и до 30 дней), но не происходит, если интервал между обучениями составляет 30 с или 5 мин. Таким образом, усиление слабой памяти при кумулятивном обучении происходит, только если второе обучение отделено от первого временным промежутком, достаточным для формирования латентной памяти о первом. Таким образом, полученные данные дают основание предполагать, что слабое обучение условно-рефлекторному замиранию вызывает долговременные пластические перестройки в мозге мышей, которые могут быть усилены и привести к поведенческому проявлению памяти только при повторном слабом обучении на тот же условный сигнал. Далее нами была исследована активность различных областей мозга при кумулятивном обучении. Мы показали, что повторное слабое обучение приводит к специфической активации областей мозга мыши, критически важных для формирования долговременной памяти: ассоциативных зон коры, миндалины и гиппокампа. При этом, такой активации не наблюдалось после однократного слабого обучения — в этом случае активность структур мозга была такой же, как у мышей, получавших условный сигнал без подкрепления и не обучавшихся. Эти результаты показывают, что хотя однократное слабое обучение оставляет в мозге след памяти, который может быть усилен при повторении этого обучения, обнаружить этот след памяти на уровне активности целых структур мозга невозможно. В связи с этим, далее нами была проведена прямая проверка основной гипотезы данной работы путём оценки перекрытия популяций нейронов у трансгенных мыши репортерной Cre-линии, у которых экспрессией флуоресцентного белка помечены нейроны, вовлекшиеся в первое слабое обучение, а активные во втором обучении клетки помечены с помощью иммуногистохимической окраски на нативный белок Arc. Было показано, что при кумулятивном обучении более 30% нейронов прелимбической коры, слуховой коры и миндалины активируются повторно, тогда как в случае двух слабых обучений на различные условные сигналы, не приводящих к формированию памяти, повторно активируется только 10% клеток. Таким образом, в настоящей работе феномен зависимости формирующейся заново памяти от прошлой истории индивидуального опыта был изучен нами как на поведенческом, так и на нейрональном уровне. Было показано, что потенцирующее влияние прошлого опыта на формирование памяти зависит от повторной активации одних и тех же нейронов.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Источник финансирования. Работа была поддержана Междисциплинарной научно-образовательной школой МГУ им. М.В. Ломоносова «Мозг, когнитивные системы, искусственный интеллект» и некоммерческим фондом поддержки науки и образования «Интеллект».
Об авторах
К. А. Торопова
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Автор, ответственный за переписку.
Email: xen.alexander@gmail.com
Россия, Москва
О. И. Ивашкина
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Email: xen.alexander@gmail.com
Россия, Москва
А. М. Юрин
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Email: xen.alexander@gmail.com
Россия, Москва
К. В. Анохин
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Научно-исследовательский институт нормальной физиологии им. П.К. Анохина
Email: xen.alexander@gmail.com
Россия, Москва; Москва
Список литературы
Дополнительные файлы
