Запомнянето на преживявания в дългосрочен план може да има неочаквана биологична цена. Ново изследване показва, че при формирането на трайни спомени в определени мозъчни клетки възникват възпалителни процеси и увреждания на ДНК, които впоследствие се възстановяват като част от сложен механизъм за съхраняване на информацията.
Международен екип от учени установява, че създаването на памет може да изисква своеобразно контролирано „разрушаване“, преди в мозъка да бъде изграден нов и устойчив модел. Изследователите сравняват процеса с приготвянето на омлет – първо трябва да бъдат счупени няколко яйца, за да бъде създадена новата структура.
Експериментите са проведени върху мишки и насочват вниманието към хипокампуса – област в мозъка, която има ключова роля при ученето, запаметяването и формирането на дългосрочни спомени.
„Възпалението на мозъчните неврони обикновено се смята за нещо лошо, тъй като може да доведе до неврологични проблеми като болестта на Алцхаймер и Паркинсон“, обяснява неврологът Йелена Радулович от Медицинския колеж „Алберт Айнщайн“ в Ню Йорк.
По думите ѝ резултатите показват и друга страна на този процес.
„Нашите открития показват, че възпалението на някои неврони в хипокампалната област на мозъка е от съществено значение за създаването на дълготрайни спомени“, казва Радулович.
Как учените проследили създаването на спомен
За да активира епизодичната памет на лабораторните животни, екипът използвал кратки и леки електрически шокове. След това учените подробно анализирали невроните в хипокампуса.
Наблюденията разкрили активиране на гени, свързани с пътя Toll-Like Receptor 9, известен като TLR9. Този механизъм играе важна роля във възпалителните сигнали и в начина, по който имунната система разпознава определени структури на ДНК.
Особено важно се оказало, че TLR9 се активирал само в групи от неврони, при които едновременно било установено и увреждане на ДНК.
Подобни нарушения в генетичния материал на мозъчните клетки не са нещо необичайно. Те могат да възникват сравнително често, но в нормални условия клетъчните механизми ги поправят бързо.
В този случай обаче промените изглеждали по-мащабни и организирани.
Учените установили, че биологични механизми, които обикновено участват в клетъчното делене, очевидно се използват по различен начин – за организиране на невроните в клъстери, участващи във формирането на паметта, без самите нервни клетки действително да се делят.
Процесът продължава около седмица
Възпалителните и възстановителните механизми, наблюдавани при мишките, продължили приблизително една седмица.
След този период невроните, участващи в съхраняването на спомените, станали по-устойчиви на външни влияния.
Според изследователите това може да означава, че веднъж консолидирана, информацията се „поставя“ на сравнително сигурно място и се предпазва от прекомерна намеса на нови сигнали, достигащи до мозъка.
Подобен процес вероятно може да се случва и при хората, макар настоящите експерименти да са извършени върху мишки.
„Това е забележително, тъй като ние постоянно сме заливани от информация, а невроните, които кодират спомените, трябва да запазят вече придобитата информация и да не бъдат разсейвани от нови постъпващи данни“, посочва Радулович.
Какво се случва при блокиране на TLR9
Учените направили и още един ключов експеримент. Те блокирали възпалителния път TLR9 при част от лабораторните животни.
Резултатът бил съществен – мишките вече не успявали да бъдат обучени да запомнят електрическите шокове по същия начин.
Липсата на нормална активност на TLR9 била свързана и с по-сериозни увреждания на ДНК.
Според изследователите тези поражения наподобяват промени, които могат да бъдат наблюдавани при някои невродегенеративни заболявания.
Откритието поставя допълнителни въпроси около предложенията пътят TLR9 да бъде блокиран като възможен подход за лечение или предотвратяване на продължителен COVID-19. Новите данни показват, че подобна намеса би могла да има по-сложни последици, тъй като същият механизъм изглежда участва и във формирането на паметта.
Това не означава автоматично, че подобни терапевтични стратегии са неприложими при хората, но според резултатите ролята на TLR9 в мозъка трябва да бъде внимателно отчитана.
Имунната система може да е помогнала за еволюцията на паметта
Резултатите предлагат нов поглед върху начина, по който нервната и имунната система могат да взаимодействат при съхраняването на информация.
„Клетъчното делене и имунният отговор са изключително добре запазени при животните в продължение на милиони години. Това от своя страна позволява на живота да продължи, като същевременно осигурява защита от чужди патогени“, казва Радулович.
Според нея е възможно в хода на еволюцията невроните в хипокампуса да са приспособили древни клетъчни и имунни механизми към нуждите на паметта.
„Изглежда вероятно в хода на еволюцията хипокампалните неврони да са възприели този механизъм за памет, базиран на имунната система, като са комбинирали пътя TLR9 на имунния отговор, отчитащ ДНК, с функцията на центрозома за възстановяване на ДНК, за да формират спомени, без да се стига до клетъчно делене“, обяснява тя.
Откритието показва, че процесът на запомняне може да е значително по-сложен, отколкото се е предполагало досега. Временното възпаление и контролираните промени в ДНК на определени неврони изглежда не са просто страничен ефект от мозъчната активност, а част от механизма, чрез който някои преживявания се превръщат в устойчиви дългосрочни спомени.
Изследването е публикувано в научното списание Nature.
