Рабочая память позволяет нам удерживать в голове номер телефона, пока мы набираем его в трубке, следить за нитью разговора или запоминать, где мы только что припарковали машину. Она работает постоянно и почти незаметно, но когда она дает сбой, рушится вся повседневная жизнь. Ученые из Барселонского университета и Института Макса Планка нашли молекулярный механизм, который за это отвечает, и показали, как его «поломка» приводит к ошибкам в поведении.
Что происходит в мозге, когда мы что‑то запоминаем на секунды
Нейроны не общаются друг с другом с постоянной мощностью. Когда нам нужно запомнить что‑то важное, в мозге возникают кратковременные всплески активности. Они временно усиливают связи между нейронами, чтобы информация не потерялась. Два таких процесса — кратковременная фасилитация и посттетаническая потенциация, особенно активны в гиппокампе — зоне, отвечающей за память.
Исследователи сосредоточились на белке Munc13-1. Это ключевой элемент, который подготавливает синаптические пузырьки (разновидность везикул, которые расположены в нейронах) к высвобождению нейромедиаторов. Без него передача сигнала просто не происходит. Но оказалось, что этого мало. Munc13-1 должен еще и правильно реагировать на кальций — причем двумя разными способами: через фосфолипиды и через кальмодулин.
Как проверяли гипотезу
В эксперименте на мышах исследователи нарушили эти сигнальные пути. Когда Munc13-1 переставал правильно реагировать на кальций, синапсы теряли способность усиливаться при повторяющейся активности. Особенно сильно страдал механизм посттетанической потенциации, который нужен для удержания информации в рабочей памяти.
Затем животных проверили в восьмирукавном лабиринте. Обычные мыши запоминали, в каких отсеках уже нашли еду, и не возвращались туда снова. Мыши с мутацией Munc13-1 — возвращались. Снова и снова. Они не могли удержать в памяти информацию о том, что здесь уже были.
«Это экспериментальное доказательство того, что рабочая память зависит не только от устойчивой активации нейронов, но и от кратковременных изменений в синапсах, которые временно удерживают информацию прямо внутри нейронных цепей», — объясняет руководитель исследования Франсиско Хосе Лопес-Мурсия.
Почему это важно для медицины
У людей есть мутации в гене UNC13A (человеческий аналог мышиного Munc13-1), которые связаны с интеллектуальной недостаточностью и другими неврологическими симптомами. Теперь у ученых есть точное понимание, на каком именно молекулярном этапе происходит сбой.
Это не значит, что завтра появится таблетка для улучшения памяти. Но это значит, что теперь ученые знают, на что обращать внимание. Понимание того, как именно синапсы удерживают информацию, открывает путь к диагностике и, в перспективе, к терапии состояний, при которых рабочая память нарушается — от болезни Альцгеймера до расстройств развития.
Ранее ученые выяснили, что нарушения рабочей памяти и самоконтроля повышают склонность подростков к лжи.