Если обезглавленный червь может восстановить память, то где она хранится? И, если память можно восстановить, то реально ли её перенести в другое место?
Автор: Марко Альтамирано
Публикуется с сокращениями
Изучение памяти всегда было одним из сложных вопросов науки. В 1950-х годах профессор психологии в Университете Мичигана по имени Джеймс Макконнелл провёл серию экспериментов с пресноводными плоскими червями, называемыми планариями. Эти черви очаровывали Макконнелла не только потому, что у них, как он писал, был «синаптический тип нервной системы», но и из-за обладания «огромными способностями к регенерации».
В одном из экспериментов Макконнелл повторил с червями опыт собаки Павлова, использовав электрический шок и мигающий свет. Черви запомнили реакцию, после чего учёный разрезал их пополам. При этом обе половины червя продолжали реагировать на свет, подобно собаке Павлова. Если обезглавленный червь может восстановить память, то где она хранится? И, если память может восстановиться, возможно ли перенести ее в другое место?
Интерес к трудам Макконнелла сохраняется и сегодня.
В 1960х шведский нейробиолог Хольгер Гиден предположил, что воспоминания хранятся в нейронных клетках, в частности в РНК, молекуле-мессенджере, которая получает инструкции от ДНК и связывается с рибосомами, делая белки строительными блоками жизни. Макконнелл, заинтересовавшись работой Гидена, пытался проверить наличие молекулы, которую он назвал «РНК памяти», привив порции обученной планарии телам необученной. Цель состояла в том, чтобы перенести РНК от одного червя к другому, но, столкнувшись с невозможностью сшить части тел, он обратился к «более впечатляющему типу переноса тканей, такому как «каннибалистический прием пищи». Планарии питаются себе подобными, поэтому Макконнеллу нужно было просто скормить принимавших участие в эксперименте со светом червей их собратьям (планарии испытывают недостаток в кислотах и ферментах, которые полностью расщепляют пищу, поэтому он надеялся, что некоторая РНК может быть интегрирована в потребляющих особей).
В результате учёный получил шокирующий результат: неподготовленные переняли опыт съеденных собратьев. В других экспериментах он обучил планарию прохождение лабиринта и даже разработал методику извлечения РНК из обученных червей, чтобы ввести ее в нетренированных червей и передать воспоминания от одного животного другому. В конце концов, после ухода на пенсию в 1988 году, Макконнелл исчез из поля зрения научного сообщества, и его работы были заброшены. Многие ученые просто посчитали, что беспозвоночные, такие как планария, не могут быть обучены, поэтому данные выводы не нашли своего подтверждения в других работах.
Тем не менее, сегодня эти эксперименты вызывают повышенный интерес. Майкл Левин, биолог из Университета Тафтса, воспроизвёл опыт с планариями и лабиринтом. Сами планарии также вновь стали популярны после того, как Левин отрезал хвост у червя и пропустил биоэлектрический ток через разрез, спровоцировав его отрастить другую голову вместо хвоста. Левин также отправил 15 кусочков червя в космос, причем один, как ни странно, вернулся с двумя головами.
У Дэвида Гланцмана, нейробиолога из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, есть схожая многообещающая исследовательская программа, хотя вместо планарии лаборатория Гланцмана в основном работает с моллюском аплизией. В 2015 году Гланцман решил проверить теорию, которая гласит, что память хранится в синапсах, соединительных тканях между нейронами. Его команда, пытаясь создавать и стирать память у аплизий, периодически нанося слабые удары электрическим током и вызывая у моллюска рефлекс. После обучения в его лаборатории удалось вызвать синаптический рост между сенсорным нейроном, который чувствовал прикосновение, и моторным нейроном, который вызвал рефлекс. Развитие после обучения увеличило связность между этими нейронами, что, казалось, подтверждает теорию, что воспоминания хранятся в синаптических связях. Команда Гланцмана попыталась стереть память об обучении, разрушив синаптические связи между нейронами, и впоследствии моллюски вели себя так, как будто они потеряли память, еще больше подтверждая теорию. После того, как команда Гланцмана «напомнила» о токе моллюскам, исследователи были удивлены тем, как быстро у них сформировались новые синаптические связи. Они вели себя так, будто вспомнили об опыте, который, казалось, ранее забыли.
Если память сохранялась благодаря таким значительным синаптическим изменениям, когда синаптические связи, возникшие в процессе обучения, исчезли и стали совершенно другими, их место заняли новые, то, возможно, воспоминания в действительности не сохраняются в синапсах.
Но если воспоминания хранятся не в синаптических связях, то где же именно? Непопулярная гипотеза Гланцмана заключалась в том, что они могут находиться в ядре нейронной клетки, где последовательности ДНК и РНК составляют инструкции для жизненных процессов. Если ДНК — это печатные ноты, индуцированные РНК эпигенетические механизмы похожи на импровизационные сокращения и аранжировки, которые могут проводить обучение и память.
Возможно, воспоминания хранятся в эпигенетических изменениях, вызванных РНК, этой улучшенной молекулой, которая оценивает адаптацию жизни на основе белка. Команда Гланцмана вернулась к аплизиям и в течение двух дней обучала их продлевать рефлекс. Затем они рассекали их нервные ткани, извлекали РНК, участвующую в формировании памяти об опыте, и вводили ее необученной аплизии, которую тестировали на следующий день. Команда Гланцмана обнаружила, что РНК от обученных доноров индуцировала обучение, в то время как РНК необученных доноров не имела никакого эффекта. Они передавали память, смутно, но верно, от одного животного другому, и у них были убедительные доказательства того, что РНК была агентом, передающим память.
Гланцман теперь считает, что синапсы необходимы для активации памяти, но память кодируется в ядре нейрона посредством эпигенетических изменений. «Это как пианист без рук», — говорит Гланцман. «Он может знать, как играть в Шопена, но ему понадобятся руки для тренировки».
Работа Дугласа Блэкстона, ученого из Центра открытий Аллена в Университете Тафтса, который изучал память у насекомых, рисует схожую картину. Он хотел знать, может ли бабочка вспомнить что-то о ее жизни в виде гусеницы, поэтому он предлагал гусеницам запах этилацетата, за которым следовал легкий удар током. Получив отвращение к этилацетату, гусеницы окуклились и, спустя несколько недель появившись как взрослые бабочки, были проверены на память об этом. Удивительно, но взрослые бабочки вспомнили — но как? Ведь вся гусеница превращается в цитоплазматический суп, прежде чем превратится в бабочку.
Трудно точно изучить, что происходит во время окукливания в естественных условиях, но есть подмножество нейронов гусеницы, которые могут сохраняться в так называемых «грибных телах» — парах структур, вовлеченных в обоняние. Другими словами, некоторая структура остается. «Это не суп», — говорит Блэкистон. «Ну, может быть, это суп, но необычный». Во время окукливания происходит почти полное обрезание нейронов, и несколько оставшихся нейронов отсоединяются от других, растворяя синаптические связи между ними в процессе, пока они не воссоединятся с другими во время ремоделирования в мозг бабочки. Как и Гланцман, Блэкистон использует аналогию: «Это похоже на то, что небольшая группа нейронов держалась за руки, но затем отпустила и переместилась, наконец воссоединившись с различными нейронами в новом мозге». Если память где-то хранилась, то скорее всего в подмножестве нейронов, расположенных в грибных телах, единственном известном материале переноса от гусеницы к бабочке.
Гланцман и Блэкистон полагают, что их эксперименты дают обнадеживающие новости для пациентов с болезнью Альцгеймера — восстановить поврежденные нейроны, по крайней мере теоретически – возможно.
Оригинал: Nautilus
