В нашем взаимодействии с окружающей средой мы постоянно обращаемся к прошлому опыту, хранящемуся как воспоминания, чтобы направлять поведенческие решения. Но как воспоминания формируются, сохраняются и затем извлекаются для помощи в принятии решений, остается загадкой. Наблюдая за деятельностью всего мозга у живых рыбок данио, исследователи из Института исследований мозга RIKEN впервые визуализировали, как информация, хранящаяся в виде долговременной памяти в коре головного мозга, обрабатывается для определения поведенческого выбора.
Исследование, опубликованное сегодня в журнале Neuron, было проведено доктором. Тадзу Аоки и доктор. Хитоши Окамото из Лаборатории регуляции генов развития, пионер в изучении того, как мозг контролирует поведение рыбок данио.
Мозг млекопитающих слишком велик, чтобы наблюдать за работой всей нервной цепи.
Но с помощью метода, называемого визуализацией кальция, Aoki et al. смогли впервые визуализировать деятельность всего мозга рыбок данио во время восстановления памяти.
Визуализация кальция использует тот факт, что ионы кальция проникают в нейроны после нейронной активации. Путем введения в нервную ткань флуоресцентного вещества, чувствительного к кальцию, становится возможным отслеживать приток кальция в нейроны и, таким образом, визуализировать нервную активность.
Исследователи обучили трансгенных рыбок данио, экспрессирующих кальций-чувствительный белок, избегать легкого поражения электрическим током, используя красный светодиод в качестве сигнала. Наблюдая за активностью мозга рыбок данио при представлении красного светодиода, они могли визуализировать процесс запоминания выученного поведения избегания.
Они наблюдают пятнистую нейронную активность в спинной части конечного мозга рыб, которая соответствует коре головного мозга человека, при появлении красного светодиода через 24 часа после тренировки. Никакой активности не наблюдается, если сигнал подается через 30 минут после тренировки.
В другом эксперименте Aoki et al. показать, что если удалить эту область мозга, рыба сможет научиться избегать поведения, запомнить его на короткое время, но не может сформировать долговременную память о нем.
"Это указывает на то, что краткосрочные и долгосрочные воспоминания формируются и хранятся в разных частях мозга. Мы думаем, что кратковременные воспоминания должны быть перенесены в область коры головного мозга, чтобы они были объединены в долговременные воспоминания," объясняет доктор. Аоки.
Затем команда проверила, можно ли изменить воспоминания о лучших вариантах поведения с помощью нового обучения. Рыбы были обучены изучать два противоположных поведения избегания, каждое из которых связано с другим цветом светодиода, синим или красным, в качестве сигнала. Они обнаружили, что представление различных сигналов приводит к активации разных групп нейронов в конечном мозге, что указывает на то, что разные поведенческие программы сохраняются и извлекаются разными популяциями нейронов.
"Используя визуализацию кальция на рыбках данио, мы впервые смогли визуализировать текущий процесс консолидации памяти. Этот подход открывает новые возможности для исследования памяти с использованием рыбок данио в качестве модельных организмов," заключает доктор. Окамото.