Оптогенетика — это чрезвычайно перспективный метод исследований нейронных сетей в мозгу.

«Склероз — прекрасная болезнь. Ничего не болит, и каждый день что-нибудь новенькое». Эти слова приписывают несравненной Фаине Раневской. Было так или нет, мы уже не помним, но на самом деле потеря памяти — вещь очень неприятная. Не только для окружающих, которых вы уже не узнаёте, но и для вас самих. Куда положили час назад ключи? Выключили ли утюг, выходя из дому? Все проблемы, как правило, начинаются именно с потери кратковременной памяти.

По крайней мере, так происходит с болезнью Альцгеймера, ранние стадии которой изучали нейробиологи из Объединенного центра нейронной генетики Массачусетского технологического института в США и Института наук о мозге RIKEN в Японии.

позволяют управлять нейронами. Ченнелродопсин-2 (ChR2) под воздействием синего света с длиной волны 470 нм открывает доступ ионам натрия в клетку, что приводит к возбуждению нейрона, а галородопсин (NpHR) под действием желтого света (589 нм) открывает доступ ионам хлора, затормаживая нейрон.

Память и страх

Группа исследователей под руководством японского молекулярного биолога Судзуми Тонегавы (лауреата Нобелевской премии по физиологии и медицине 1987 года) изучала поведение мышей с ретроградной амнезией, которая сопровождает травматическое повреждение или стресс. Тонегава и его аспирант из MIT Дхерай Рой с коллегами обнаружили, что мыши испытывали значительные трудности, чтобы что-то вспомнить впоследствии, но все еще могли легко запоминать в данный момент. Наблюдение навело ученых на мысль, что этот факт может подтвердиться и в ранних стадиях болезни Альцгеймера. Свои догадки они проверяли на двух группах генно-модифицированных мышей с симптомами заболевания, сравнивая их с контролем.

Мышей помещали в камеру, где они получали удар тока. Естественно, животные пугались, а затем испытывали страх, когда их клали туда снова через час. Однако когда мыши опять попадали в эту камеру через несколько дней, то только здоровые помнили о том, как им здесь «доставалось». У больных же страх пропадал.

Оптогенетические методы дают исследователям возможность воздействовать на выбранные нейроны с помощью световых импульсов.

По следам воспоминаний

Еще до этих исследований Тонегава с командой нашли клетки в гиппокампе, где хранятся особые «следы памяти». Их назвали энграммными клетками (от греческого «энграмма» — «внутренняя запись»). У ученых возникла идея: не туда ли «прячутся» потерянные краткосрочные воспоминания? Может быть, они не пропадают навсегда, а просто теряется доступ к ним?

Тонегаве удалось вывести линию генно-модифицированных мышей с моделью болезни Альцгеймера и одновременно измененными энграммными клетками, которые можно было активировать светом лазера с помощью методов оптогенетики. После этого нейробиологи повторили свой эксперимент, добавив в него еще одну фазу — активирование энграммных клеток у мышей, забывших страх. И — о чудо! — страх перед током снова появлялся, мыши начинали вспоминать, как им было нехорошо в этой «камере пыток».

Ученым удалось понять и то, как происходит утрата и восстановление доступа к памяти. Всё дело оказалось в нейронных связях. У мышей с потерянными воспоминаниями плотность дендритных шипиков (крошечных выростов на нейронах, при помощи которых они соединяются друг с другом) в энграммных клетках была заметно ниже. Стимуляция же восстанавливала плотность шипиков.

На долгую память

Однако в этих экспериментах речь шла об однократном доступе к воспоминаниям. Как же быть, если хочется не только единожды вспомнить прожитое, но и не забыть его позднее? Исследователи нашли решение и этой проблемы. Они смогли реанимировать «потерянные» воспоминания надолго, активизировав образование новых связей между энторинальной корой и гиппокампом.

Чтобы добиться этого, ученые с помощью оптогенетических методов стимулировали клетки энторинальной коры, которая «подпитывает» энграммные клетки гиппокампа, кодирующие воспоминания о страхе. После трех часов эксперимента исследователи запаслись терпением и протестировали мышей снова лишь через неделю. И мыши, подобно герою Арнольда Шварценеггера в известном фильме, смогли «вспомнить все». Как и ожидалось, на их клетках памяти обнаруживалось гораздо больше дендритных шипиков.

Пока что таким способом восстановить человеческую память невозможно: для этого нужно генетически модифицировать клетки памяти непосредственно в мозгу, да и методы лазерного воздействия представляются слишком грубыми. Однако само направление в будущей терапии потерянных воспоминаний уже появилось. И возможно, как-нибудь в будущем, в один прекрасный день любой пожилой человек сможет вернуть свои воспоминания с помощью простой и безболезненной процедуры. Судзуми Тонегава, профессор биологии и нейронаук Массачусетского технологического института (MIT), директор совместного центра генетики нейроцепей MIT и RIKEN (японский Институт физико-химических исследований), директор Института мозга RIKEN, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1987 года («За открытие генетического принципа образования разнообразия антител»): «Вполне возможно, что в будущем появится технология, которая сможет адресно и с большей точностью активировать или инактивировать глубоко расположенные внутри мозга клетки гиппокампа или энторинальной коры. Наше фундаментальное исследование говорит о том, что на особые клеточные популяции можно оказывать целенаправленное действие, которое будет иметь ключевое значение для лечения или различных технологий будущего».