Группа нейробиологов определила процессы, которым подвергается мозг, чтобы отличить реальные и настоящие опасности от опасностей, связанных с прошлым опытом у мышей. Результаты, опубликованные в журнале Nature, имеют значение для нашего понимания посттравматического стрессового расстройства (ПТСР) – недуга, отмеченного неспособностью различать прошлые и настоящие опасности или распознавать "безопасно" ситуации.
"Воспоминания о травмирующем эпизоде могут длиться долго," говорит профессор Эрик Кланн, директор Центра нейронных наук Нью-Йоркского университета и старший автор статьи. "Но мы можем использовать такие воспоминания избирательно: предсказывать и реагировать на последующую связанную опасность, а также распознавать, когда угроз не существует. Это особенно важно для выживания в неопределенной среде, например, в зоне конфликта или во время социальных волнений."
"Это имеет серьезные последствия для расстройств памяти, таких как посттравматическое стрессовое расстройство, когда пациентам трудно различать сигналы безопасности и угрозы," добавляет ведущий автор Прерана Шреста, научный сотрудник Центра нейронологии Нью-Йоркского университета.
Исследование, в котором также участвовали исследователи из Университета Рокфеллера и Университета Макгилла, было сосредоточено на неврологических процессах, которые мыши используют для определения этих различий.
Исследователи отмечают, что научиться распознавать сигналы и надлежащим образом реагировать на них в неопределенной среде имеет решающее значение для выживания животных. В частности, сигналы, которые надежно предсказывают опасность, побуждают к поведению, например, к замораживанию, чтобы избежать обнаружения. Однако, наряду с сигналами прогнозирования угроз, неопределенная среда может предоставлять сигналы, которые предсказывают безопасность – или, в частности, отсутствие опасности. Таким образом, животные должны реагировать на сигнал прогнозирования угрозы защитным поведением и, наоборот, на сигналы безопасности, прекращая реакцию на угрозу и возвращаясь к нормальному поведению.
В исследовании Nature ученые стремились идентифицировать клеточные молекулы или субстраты для длительного хранения воспоминаний, связанных с угрозой и сигналом безопасности.
Давно установлено, что область мозга, миндалевидное тело, играет фундаментальную роль в обработке и хранении информации, связанной с эмоциями. Однако менее понятны клеточные механизмы и архитектура, лежащие в их основе, в частности, идентичность типов клеток, которые хранят информацию, связанную с сигналом, и позволяют животным адекватно реагировать даже по прошествии значительного времени после первоначального воздействия угрозы.
Также хорошо изучены формирование и консолидация долговременных воспоминаний, которые происходят через изменения клеточного ландшафта белков – динамика, которая фиксирует важные особенности события, отчасти за счет синтеза новых белков.
В новой работе ученые стремились лучше понять эти механизмы, нарушив ключевые этапы синтеза белка в определенных типах клеток – маневр, который выявил бы их значение. Эта процедура позволила исследователям определить ключевых игроков в этом запутанном процессе.
Для этого они исследовали и нарушили сборку двух белковых комплексов, которые имеют решающее значение для синтеза новых белков. Первый белковый комплекс содержит eIF2, который участвует в добавлении первой аминокислоты к синтезируемому белку. Второй белковый комплекс содержит eIF4E, который связывается с защищенной «крышкой» матричной РНК, которая необходима для их трансляции в белок. Примечательно, что они обнаружили, что синтез белка в специфических тормозных нейронах миндалевидного тела – нейронах, экспрессирующих соматостатин, – имеет решающее значение для хранения информации об исходной угрозе, тогда как синтез белка в нейронах, экспрессирующих PKCδ, необходим для хранения дополнительной информации о сигналах безопасности.
Ранее было показано, что активность в этих популяциях нейронов проявляется в обработке сигналов, связанных с угрозой; однако это первое исследование, которое связывает необходимость синтеза нового белка в этих нейронах со стабилизацией долговременных эмоциональных воспоминаний.
Исследование финансировалось за счет грантов Национальных институтов здравоохранения (R37-NS034007, R01-NS047384) и Фонда исследований мозга и поведения (26696).
В соответствующем исследовании, также опубликованном в этом выпуске журнала Nature, исследователи из Университета Макгилла, Монреальского университета и Университета Хайфы также изучили eIF2 в различных типах нейронов. Они обнаружили, что увеличение белкового комплекса eIF2 в ингибирующих нейронах, экспрессирующих соматостатин, что приводит к усилению синтеза белка, способствует консолидации долговременной памяти.
Вместе оба исследования проливают свет на ранее неизвестные способы, которыми белковый комплекс eIF2 калибрует силу пугающих воспоминаний.