Новые данные свидетельствуют о тонком, но значительном нарушении, которое может помочь объяснить раннюю потерю памяти при болезни Альцгеймера.
Болезнь Альцгеймера может воздействовать на память не путем остановки воспроизведения мозгом информации, а путем ее искажения как раз в тот момент, когда воспоминания должны закрепиться. Фото: Shutterstock
Новое исследование предполагает, что проблемы с памятью при болезни Альцгеймера могут быть связаны с нарушением того, как мозг воспроизводит недавние события в состоянии покоя. Исследование, проведенное на мышах учеными из Университетского колледжа Лондона (UCL), указывает на нарушение мозговых процессов, которые обычно помогают укрепить и сохранить воспоминания.
Исследователи говорят, что их результаты, опубликованные в журнале Current Biology, могут помочь в разработке будущих лекарственных препаратов, нацеленных на этот нарушенный процесс. Работа также может помочь в создании новых инструментов для раннего выявления болезни Альцгеймера, чем это возможно в настоящее время.
Понимание того, как болезнь Альцгеймера разрушает клетки головного мозга
Соавтор исследования доктор Сара Шипли (UCL Cell & Developmental Biology) объяснила, что причиной болезни Альцгеймера является накопление повреждающих белков и бляшек в головном мозге. Эти изменения приводят к таким симптомам, как потеря памяти и трудности с ориентацией в знакомой обстановке, но точные способы, которыми эти бляшки влияют на нормальную мозговую деятельность, до сих пор неясны.
«Болезнь Альцгеймера вызывается накоплением вредных белков и бляшек в головном мозге, что приводит к таким симптомам, как потеря памяти и нарушение навигации, но до конца не изучено, как именно эти бляшки нарушают нормальные мозговые процессы.
Ученые хотели понять, как меняется функция клеток мозга по мере развития заболевания, чтобы определить, что вызывает эти симптомы.
Когда мы отдыхаем, наш мозг обычно воспроизводит недавние события — считается, что это является ключом к тому, как формируются и сохраняются воспоминания. Было обноружено, что этот процесс воспроизведения нарушен у мышей, у которых развились амилоидные бляшки, характерные для болезни Альцгеймера, и это нарушение связано с тем, насколько плохо животные справляются с задачами запоминания.
Как мозг воспроизводит воспоминания
Этот процесс воспроизведения происходит в гиппокампе, области мозга, необходимой для обучения и запоминания. Во время отдыха определенные нейроны, известные как клетки памяти, активируются в быстрой последовательности, отражающей недавний опыт.
Нейробиолог Джон О’Киф, лауреат Нобелевской премии, открыл нейробиологические клетки головного мозга, которые соответствуют определенным местоположениям. Когда человек или животное перемещается в пространстве, различные нейробиологические клетки активизируются в определенном порядке. Позже, во время отдыха, эти же клетки, как правило, активизируются в той же последовательности, помогая мозгу сохранить полученный опыт в памяти.
Отслеживание активности мозга во время выполнения задач по запоминанию
Чтобы изучить этот процесс, исследователи протестировали поведение мышей в простом лабиринте, одновременно регистрируя активность мозга. Используя специальные электроды, они смогли отслеживать примерно 100 отдельных клеток одновременно, пока животные исследовали местность, а затем отдыхали.
Этот подход позволил команде сравнить нормальные схемы воспроизведения в мозге с теми, которые наблюдались у мышей с амилоидной патологией, связанной с болезнью Альцгеймера.
Неорганизованное воспроизведение и затухание сигналов памяти
У мышей с амилоидными бляшками воспроизведение в памяти выглядело совсем по-другому. События воспроизведения происходили так же часто, как и у здоровых мышей, но лежащие в их основе закономерности больше не были упорядочены. Вместо того, чтобы укреплять воспоминания, координированная активность локальных клеток стала беспорядочной.
Исследователи также заметили, что со временем у пораженных мышей количество нейронов, определяющих местоположение, стало менее стабильным. Отдельные нейроны перестали надежно отображать одни и те же местоположения, особенно после периодов отдыха, когда воспроизведение обычно усиливает сигналы памяти.
У пораженных мышей снижается производительность памяти
Эти изменения имели очевидные поведенческие последствия. Мыши с нарушенным воспроизведением хуже справлялись с лабиринтом, часто возвращались к уже пройденным путям и, казалось, были не в состоянии вспомнить, где они были.
«Мы обнаружили сбой в том, как мозг объединяет воспоминания, который виден на уровне отдельных нейронов. Что поразительно, так это то, что повторяющиеся события все еще происходят, но они утратили свою обычную структуру. Дело не в том, что мозг перестает пытаться консолидировать воспоминания; сам процесс пошел не так», — заявил соавтор исследования профессор Касвелл Барри (Caswell Barry) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCL Cell & Developmental Biology)
Значение для раннего выявления и лечения
Профессор Барри добавил, что эти результаты могут помочь исследователям выявить болезнь Альцгеймера на ранней стадии или разработать методы лечения, направленные на восстановление нормальной активности воспроизведения.
«Мы надеемся, что наши результаты помогут разработать тесты для раннего выявления болезни Альцгеймера, до того, как возникнут серьезные повреждения, или приведут к новым методам лечения, направленным на этот процесс воспроизведения. Сейчас мы исследуем, можем ли мы манипулировать воспроизведением с помощью нейромедиатора ацетилхолина, на который уже воздействуют препараты, используемые для лечения симптомов болезни Альцгеймера. Лучше понимая механизм, мы надеемся сделать такие методы лечения более эффективными».
Исследование было проведено учеными факультетов естественных наук и наук о мозге Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе при поддержке Cambridge Trust, Wellcome и Масонского благотворительного фонда.