Долгая память работает на усталой энергии

Нейрофизиологи прояснили важный этап формирования в мозге долговременной памяти. Оказывается, чтобы информация о событии перешла из кратковременного отпечатка в длительное хранилище, нейронам необходим лактат – соль молочной кислоты. А получают его нейроны из соседних глиальных клеток, которые за свою звездообразную форму получили название астроцитов. Долгое время считали, что их единственная роль состоит в поддержании формы мозговой ткани, создании окружающей среды для нейронов. Потом узнали, что они играют важную роль в метаболизме нервных клеток. А в последнее время стало понятно, что астроциты участвуют в информационных процессах мозга.

Доказательство на крысах

Кристина Альберини (Cristina Alberini) и ее коллеги из медицинского факультета (Mount Sinai School of Medicine) Нью-Йорского университета показали на крысах роль лактата в памяти. Лабораторных грызунов обучали избегать камеры: в ней животные получали разряд электрического тока через решетчатый пол. Известно, что память об опасной камере хранится в мозге в течение нескольких недель, и крыса избегает заходить в помещение.

Ученые показали, что через некоторое время после обучения в пространстве вокруг нейронов гиппокампа крысы почти в два раза возрастает содержание лактата. Для этого биологи использовали метод прижизненного микродиализа (в область гиппокампа вживляют миниатюрную стеклянную канюлю и периодически исследуют ее содержимое).

Без лактата память короткая

Лактат поступает в нейроны из астроцитов, в которых он образуется как продукт расщепления гликогена. Это анаэробный (бескислородный) путь получения энергии. Он хорошо знаком людям, которые связаны с физическим трудом, а также спортсменам. Недостаток кислорода в крови приводит к избытку в мышечной ткани молочной кислоты, что вызывает порой довольно сильную боль.

Через клеточную мембрану лактат проходит с помощью специальных транспортных белков. В нейронах лактат служит источником энергии, окисляясь до пирувата.

Если перекрыть транспорт лактата из астроцитов в нейроны, то у крыс развивается амнезия. Чтобы подтвердить это экспериментально, ученые или блокировали расщепление гликогена, или удаляли из игры белки-транспортеры. Сразу после обучения крысы помнили об опасной камере, а через сутки – забывали. Следовательно, кратковременная память от блокировки не страдает, но в долговременную форму не переходит. Амнезия обратима: если лактат ввести непосредственно в мозг, то крысы вспоминают про опасность и избегают камеры с током. Интересно, что «кормление» нейронов глюкозой или другими источниками энергии к такому впечатляющему эффекту, как «кормление» их лактатом, не приводит.

Кратковременная и долговременная память различаются по своим механизмам, пишут авторы статьи в журнале Cell. Первая обеспечивается уже синтезированными белками и не требует специальной работы генов. А для долговременной памяти нужна активация сначала группы ранних генов, затем поздних генов и, в конечном счете, синтез новых белков. Все это требуется для изменения работы синапсов. В общем, долговременная память -- очень энергозатратный процесс.

Средство для усиления синапсов

Измеряя электрическую активность нейронов гиппокампа, ученые обнаружили, что лишение клеток лактата делает невозможным так называемую длительную потенциацию – усиление синаптической передачи. По общепринятому мнению, именно усиление лежит в основе синаптической пластичности и долговременной памяти. Перестройка синапсов происходит только в присутствии лактата. Конечно, клеткам мозга необходимы кислород и глюкоза (на изменении потребления того и другого основаны современные методы функционального сканирования мозга). Но чтобы память закрепилась надолго, этого недостаточно, нужен еще и лактат. Кстати, ученые предполагают, что лактат используется не только как источник энергии, но и для координации нейронов и астроцитов между собой.

«Это неизвестный ранее механизм формирования долговременной памяти», -- говорит Кристина Альберини. Она подчеркивает, что долговременная память – результат согласованной работы нейронов, астроцитов, а, возможно, и других клеток нервной ткани. Открытие важно не только для понимания работы мозга, но и для борьбы с нейродегенеративными заболеваниями и с возрастным ослаблением памяти. Ученые предполагают, что снижение лактатного транспорта – один из факторов, ведущих к гибели нейронов. Открывается новый путь для поиска лекарств. Впрочем, тропинка узкая -- избыток лактата в мозге также ведет к патологии.