Мухи забывают из-за сна

Исследование на плодовых мушках Drosophila melanogaster показало: нарушение работы небольшой группы дофамин-producing нейронов может лишить насекомых долгосрочной памяти — не потому, что воспоминание исчезает мгновенно, а потому, что ему не удается нормально закрепиться во время сна. Работа опубликована в eLife.

После нового опыта память сначала остается нестабильной. Затем мозг проходит стадию консолидации — постепенно перестраивает и укрепляет нервные связи, связанные с событием. Сон считается особенно важным для этого процесса: во время отдыха мозг, вероятно, повторно активирует недавно возникшие схемы активности, словно прокручивая пережитое и усиливая соответствующие нейронные цепи. Но точная связь между сном и закреплением памяти пока изучена не полностью.

Lin Yan и коллеги исследовали, как взаимодействуют два типа нейронов мозга мухи: дофаминовые нейроны протокеребрального переднемедиального кластера PAM и дорсальные парные медиальные нейроны DPM. Особое внимание ученые уделили базовой, то есть фоновой, активности небольшой группы PAM-нейронов и ее влиянию на формирование памяти, сохраняющейся 24 часа.

В экспериментах участвовали самцы и самки Drosophila melanogaster. Этот вид часто используют в нейробиологии: его мозг мал, но содержит хорошо описанные нервные цепи. Важную роль играет грибовидное тело — структура, функционально в чем-то сходная с гиппокампом млекопитающих, который участвует в процессах памяти.

Дофаминовые нейроны мух связываются с разными участками грибовидного тела. Они влияют на то, воспринимается ли опыт как приятный или неприятный, как после обучения развивается память и насколько быстро она забывается. Часть этих же цепей регулирует бодрствование и сон. Иными словами, у мухи системы «что запомнить» и «когда спать» оказались тесно связаны — природа снова собрала важные функции в один перегруженный провод.

Ученые использовали генетически модифицированных мух, у которых можно было выборочно включать или выключать PAM- и DPM-нейроны. Температурочувствительные варианты генов позволяли активировать нужные клетки примерно при 30 °C в течение часа или блокировать их работу при 32 °C, обычно на 2,5 часа.

Мух обучали связывать определенный запах с сахарозой. Перед тренировкой насекомых лишали пищи, поскольку такое обучение требует мотивации, связанной с голодом. После формирования ассоциации исследователи вмешивались в работу выбранных нейронов во время консолидации памяти. Через 24 часа мух проверяли: им предлагали выбрать между знакомым запахом, связанным с сахарозой, и другим запахом.

Ключевой результат: нарушение активности небольшой подгруппы PAM-нейронов, названных PAM-α1, ухудшало закрепление долгосрочной памяти. Кратковременная активация PAM-α1 приводила к провалам памяти, но и подавление некоторых популяций этих нейронов давало тот же эффект. Блокировка двух DPM-нейронов в период консолидации также нарушала память. Ученые установили, что сигналы, связывающие сон и память, главным образом передаются через дофаминовый рецептор Dop1R1, расположенный на DPM-нейронах.

Одновременно у самок мух наблюдали потерю сна и его фрагментацию, особенно ночью. Однако эффект зависел от внутреннего состояния животных и преимущественно проявлялся при голодании. Самый показательный эксперимент выглядел почти как фармакологическая отмена последствий: после активации PAM-α1, вызвавшей нарушения сна, мухам давали gaboxadol — препарат, усиливающий сон. В результате консолидация долгосрочной памяти восстанавливалась. Это поддерживает вывод, что память страдала именно из-за разрушенного сна, а не только из-за прямого вмешательства в нейронные цепи.

Результаты предлагают новый молекулярный и нейронный механизм связи сна с памятью. Но переносить их на людей напрямую нельзя: Drosophila и человек имеют отдельные сходства в принципах работы нервной системы, однако остаются очень разными видами. Исследование на людях может дать иные результаты.

Статья называется «Кратковременное нарушение активности части дофаминовых нейронов во время консолидации ухудшает долгосрочную память, фрагментируя сон». Авторы — Lin Yan, Litao Wu, Timothy D. Wiggin, Xiaojuan Su, Wei Yan, Hailiang Li, Lei Li, Zhonghua Lu, Fang Guo, Zhiqiang Meng, Yuantao Li, Fan Li, Leslie C. Griffith и Chang Liu.