Почему одни события надолго остаются в памяти, а другие исчезают почти сразу? Новое исследование заставляет искать ответ не только в головном мозге. Ученые обнаружили, что пищеварительная система способна передавать сигнал, помогающий мозгу сохранить воспоминание о найденной и съеденной пище.
Эксперименты на крысах показали: после поступления питательных веществ кишечник активирует блуждающий нерв, а тот запускает выброс ацетилхолина в гиппокампе — области мозга, играющей ключевую роль в обучении и памяти. Когда исследователи разрывали эту цепочку, животные хуже запоминали, где недавно находилась еда.
При этом продолжительное питание продуктами с высоким содержанием жира и сахара ослабляло связь между кишечником и мозгом. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Кишечник помогает мозгу понять, что стоит запомнить
Исследование провела команда под руководством профессора Университета Южной Калифорнии Скотта Каноски. Ученые изучали, как организм превращает прием пищи не только в физиологическое событие, но и в воспоминание: где находился источник еды, как до него удалось добраться и насколько ценным он оказался.
В центре внимания оказался блуждающий нерв — одна из главных линий связи между внутренними органами и головным мозгом. Его волокна передают информацию о работе желудка и кишечника, насыщении, составе поступившей пищи и других процессах внутри организма.
Название нерва связано с тем, что его многочисленные ответвления словно «блуждают» по телу, соединяя мозг с сердцем, легкими и органами пищеварения. Значительная часть проходящих по нему сигналов движется от внутренних органов к мозгу, а не наоборот.
Авторы новой работы обнаружили, что после употребления питательных веществ сигнал по блуждающему нерву достигает нейронной цепи, соединяющей медиальную перегородку мозга с дорсальной частью гиппокампа. В результате в гиппокампе увеличивается выделение ацетилхолина.
Зачем мозгу нужен ацетилхолин
Ацетилхолин — нейромедиатор, то есть химическое вещество, с помощью которого нервные клетки передают друг другу сигналы. Он участвует во внимании, обучении, обработке новой информации и формировании воспоминаний.
Чтобы наблюдать за его выделением, исследователи использовали методы регистрации активности нервной системы в живом организме. После того как крысы получали пищевые вещества, уровень ацетилхолина в гиппокампе возрастал.
Но этого не происходило, если ученые нарушали передачу информации по блуждающему нерву или повреждали холинергические нейроны медиальной перегородки, посылающие сигналы в гиппокамп.
Изменения проявлялись и в поведении. Животным становилось сложнее выполнять задания, в которых требовалось вспомнить расположение недавно найденной пищи. Таким образом, исследователи связали в одну цепочку поступление питательных веществ, сигнал от кишечника, выброс ацетилхолина и сохранение пространственной памяти.
Сладкий вкус и калории оказались не одним и тем же
Отдельный эксперимент помог выяснить, на что именно реагирует система: на приятный вкус или на реальную питательную ценность продукта.
Сладкие жидкости с небольшим количеством калорий или без них не вызывали такого же выраженного выброса ацетилхолина, как вещества, действительно обеспечивавшие организм энергией. Это позволяет предположить, что мозг получает информацию не только от вкусовых рецепторов во рту, но и от процессов, начинающихся после попадания пищи в пищеварительную систему.
Иначе говоря, сладкий вкус способен обещать организму энергию, однако для полноценного запуска обнаруженной системы требуется подтверждение из кишечника: питательные вещества действительно поступили.
«Мы считаем, что этот механизм, вероятно, развился для того, чтобы помогать животным запоминать важную информацию об источниках пищи», — объясняет автор работы Логан Тьерно Лауэр.
Для дикого животного такая способность непосредственно связана с выживанием. Найти питательное растение или другой надежный источник еды недостаточно — необходимо запомнить место и позднее суметь туда вернуться. Сигнал из кишечника может сообщать мозгу, что только что полученный опыт оказался ценным и его следует сохранить.
Почему длительное питание жирной и сладкой едой дало обратный эффект
В краткосрочной перспективе поступление жира или сахара активировало связанную с памятью систему. Однако продолжительное питание по западному типу — с большим количеством жиров и сахара — постепенно ослабляло ее работу.
Крысы, получавшие такой рацион в раннем возрасте, демонстрировали менее выраженный выброс ацетилхолина в гиппокампе. Они также хуже запоминали места, в которых ранее находили пищу.
Примечательно, что нарушения сохранялись после возвращения животных к более сбалансированному рациону. Это не доказывает необратимость изменений, но показывает, что краткого отказа от нездоровой пищи оказалось недостаточно для быстрого восстановления исследуемой системы.
Авторы предполагают, что ослабление передачи сигналов между кишечником и гиппокампом может быть одним из механизмов, объясняющих ухудшение памяти при длительном употреблении высококалорийной пищи.
Ось «кишечник — мозг» изучают уже не первый год
Представление о кишечнике как о пассивном органе пищеварения ученые пересматривают уже несколько десятилетий. Сегодня взаимодействие пищеварительной и нервной систем описывают термином «ось кишечник — мозг».
Один из важнейших ранних обзоров этой области был опубликован Джоном Крайаном и Тимоти Динаном в журнале Nature Reviews Neuroscience в 2012 году. Авторы собрали данные о том, что кишечная микробиота может взаимодействовать с центральной нервной системой через нервные, гормональные, иммунные и метаболические механизмы.
В 2015 году Эмеран Майер и его коллеги подробно описали двустороннюю связь между головным мозгом, энтеральной нервной системой и кишечными микроорганизмами в обзоре для Journal of Clinical Investigation. Они подчеркивали, что большая часть убедительных данных была получена на животных и нуждалась в подтверждении на людях.
В обзоре, опубликованном в 2019 году в Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, ученые рассмотрели еще один канал связи — короткоцепочечные жирные кислоты, образующиеся при переработке пищевых волокон кишечными бактериями. Эти вещества могут участвовать в иммунной, эндокринной и нервной передаче сигналов, хотя многие механизмы по-прежнему остаются предметом исследований.
Современный обзор Марии Абурто и Джона Крайана, вышедший в 2024 году в Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, показывает, насколько сложной стала эта картина. В обмене информацией участвуют кишечный барьер, гематоэнцефалический барьер, иммунные клетки, микробные метаболиты и нервные пути.
Новое исследование посвящено не только микробиоте
Разговор о связи кишечника и мозга часто сводят к кишечным бактериям. Однако новая работа описывает более прямой механизм: питательные вещества активируют нервный путь, проходящий через блуждающий нерв и ацетилхолиновую систему гиппокампа.
Авторы не утверждают, что микробиота не играет роли. Но в проведенных экспериментах главным объектом стала передача метаболической информации от пищеварительной системы к мозгу.
Это важное различие. Кишечник способен влиять на нервную систему несколькими путями одновременно: через микроорганизмы и производимые ими вещества, гормоны, иммунные реакции, спинномозговые нервы и блуждающий нерв.
Что это может означать для памяти человека
Пока исследование говорит прежде всего о памяти крыс, связанной с расположением пищи. Из его результатов нельзя заключить, что кишечник выбирает все воспоминания человека или что конкретный продукт немедленно улучшает либо ухудшает память.
Тем не менее обнаруженная цепочка может оказаться частью более общей системы, помогающей мозгу определять биологическую значимость событий. Организм постоянно получает огромное количество информации и не способен сохранить ее всю. Воспоминания, связанные с безопасностью, опасностью, пищей и другими жизненно важными ресурсами, требуют особого приоритета.
Сигналы внутренних органов могут быть одним из факторов, отмечающих такие события как заслуживающие внимания. Новая работа показывает, как это может происходить в случае приема пищи.
Причем здесь болезнь Альцгеймера
Исследователи отдельно обращают внимание на ацетилхолиновую систему. Нарушение холинергической передачи относится к характерным нейрохимическим изменениям при болезни Альцгеймера, а ряд применяемых при деменции препаратов направлен на поддержание уровня ацетилхолина в мозге.
Это не означает, что жирная или сладкая пища непосредственно вызывает болезнь Альцгеймера. Новая работа также не доказывает, что стимуляция кишечника или блуждающего нерва способна предотвратить деменцию.
Однако результаты указывают на дополнительное направление исследований: можно ли воздействовать на связь между блуждающим нервом и холинергической системой гиппокампа, чтобы поддержать память при возрастных или метаболических нарушениях.
Сам блуждающий нерв уже используется в медицине как терапевтическая мишень. Его электрическую стимуляцию применяют при некоторых формах эпилепсии и трудно поддающейся лечению депрессии. Возможное воздействие на память пока требует отдельных исследований.
Можно ли улучшить память с помощью питания
По результатам эксперимента нельзя составить «диету для памяти». Исследователи не сравнивали конкретные продукты человеческого рациона и не проверяли, способны ли отдельные изменения питания восстановить обнаруженную нервную цепочку.
Работа также не означает, что любая калорийная пища полезна для мозга. Напротив, она показывает двойственный эффект: поступление питательных веществ помогает отметить отдельный прием пищи как важное событие, но постоянный высокожировой и высокосахарный рацион со временем ослабляет работу той же системы.
Следующий важный этап — выяснить, существует ли аналогичный механизм у людей, какие именно питательные сигналы его активируют и можно ли восстановить нарушенную связь между кишечником и гиппокампом.
Память начинается не только в голове
Главный вывод исследования состоит не в том, что кишечник «хранит» воспоминания. Сами воспоминания формируются и сохраняются нервными структурами мозга. Но пищеварительная система, судя по экспериментам, помогает определить, какой пищевой опыт заслуживает закрепления.
После получения питательной пищи кишечник отправляет сигнал по блуждающему нерву. В гиппокампе усиливается выделение ацетилхолина, а мозг лучше запоминает место, связанное с приемом пищи. Продолжительный рацион с избытком жира и сахара способен нарушить этот процесс.
Таким образом, граница между памятью и остальным организмом оказывается менее четкой, чем принято думать. Мозг не просто наблюдает за происходящим снаружи — он постоянно сверяет события с сигналами, поступающими изнутри тела.