Долгое время считалось, что память – это исключительно прерогатива нейронов. Именно эти клетки образуют связи (синапсы), кодируют информацию и отвечают за воспоминания. Однако новое исследование, опубликованное в Nature, переворачивает это представление.
Ученые обнаружили, что ключевую роль в формировании и стирании воспоминаний о страхе играют астроциты – клетки, которым ранее отводили роль «обслуживающего персонала» для нейронов. Это может дать неврологии новую мишень, например, в терапии посттравматического стрессового расстройства, фобий и панических атак.
То, что астроциты (равно как и другие глиальные клетки – микроглия в первую очередь, однако и олигодендроциты, и малоизученная NG2-глия – тоже) пора перестать называть вспомогательными клетками центральной нервной системы, нейробиологи начали понимать несколько десятков лет назад, после открытия того факта, что в работе большинства синапсов принимают участие астроциты (трехчастный синапс). С тех пор роль глиальных клеток в работе мозга еще более возросла. Точнее, мы стали лучше ее понимать.
Новое исследование утверждает, что астроциты в миндалевидном теле («центре страха» в мозге) не просто «пассивно наблюдают», а активно управляют нейронными сетями, позволяя животным вспоминать опасность или, наоборот, подавлять чувство страх, когда угроза миновала.
Исследователи из Института алкогольной зависимости и алкоголизма Национальных институтов здоровья США использовали мышей в классической модели формирования условного рефлекса страха (по Павлову). Животное слышало звук (условный стимул), после чего получало слабый удар током (безусловный стимул). В норме после нескольких таких совпадений один только звук вызывает у мыши приступ страха – она замирает (reaction freezing).
Дальше при помощи современных методов исследователи постарались выяснить, что в этот момент происходило в нейронах миндалевидного тела. Во-первых, это кальциевая визуализация активности астроцитов при помощи двухфотонной микроскопии, во-вторых, хемогенетическое включение или выключение кальциевой активности астроцитов.
Первым и важнейшим открытием группы оказался тот факт, что активность астроцитов в миндалевидном теле зеркально отражает динамику страха. Когда мышь слышала звук, предвещающий удар, астроциты мгновенно активировались. Если исследователи начинали «терапию» — многократно проигрывали звук без удара током (процесс угашения страха, аналог психотерапии), страх у мыши постепенно проходил. И одновременно активность астроцитов снижалась. Однако стоило перенести мышь в контекст, где был удар (рецидив страха), как астроциты вновь «вспыхивали».
Ранее считалось, что на такие быстрые процессы (с миллисекундными интервалами) способны только нейроны. Однако астроциты, чьи реакции длятся дольше (секунды), демонстрировали четкую «картину страха». Более того, внутри популяции астроцитов нашлись «специалисты»: одни клетки включались при обучении страху и выключались при терапии, другие – наоборот.
Чтобы доказать причинно-следственную связь астроцитов и обучения страхом, ученые «сломали» кальциевую сигнализацию астроцитов. Когда они подавили активность астроцитов с помощью хемогенетики, у мышей нарушилось извлечение памяти о страхе – они не боялись звука так, как следовало.
Но самый интересный эффект проявился при обратном опыте. Используя другой инструмент, исследователи заставили астроциты «зависнуть» в активном состоянии. Результат оказался предсказуем: у мышей сломался механизм постепенного угасания реакции страха. Если в норме повторение безопасного звука снижает страх, то у мышей с гиперактивными астроцитами страх не проходил. Они были неспособны «переучиться», что звук теперь безопасен. Это напрямую моделирует то, что происходит у людей с ПТСР, – травматическая память не стирается.
Самое изящное открытие ждало ученых, когда они заглянули в работу нейронов. Оказалось, что астроциты не просто «шумят» параллельно с нейронами, а обеспечивают точность их настройки.
Когда астроциты работали нормально, в миндалевидном теле формировалась четкая нейронная «карта» опасного стимула. Как только ученые блокировали астроциты, эта карта «размывалась» – нейроны становились менее избирательными к звуку, падала информативность их сигналов. Нейроны переставали понимать, что именно им следует кодировать.
Более того, астроциты оказались ключевым звеном в передаче команды «бояться» в префронтальную кору – центр принятия решений. Без работающих астроцитов сигнал страха «застревал» в миндалевидном теле и не достигал коры, мышь переставала понимать, что пора замирать или убегать.
Исследование в очередной раз подтверждает более важную роль астроцитов, чем предполагалось пара десятков лет назад. Это не просто клетки-опекуны нейронов, а активные регуляторы, которые отслеживают изменения в окружающей среде, настраивают нейроны на правильное кодирование памяти и решают, будет ли страх угасать после терапии или вернется снова.
Данная работа показывает, что воздействие на сигнальные пути астроцитов (кальциевые каналы, специфические GPCR-рецепторы) может быть новым методом лечения, например, посттравматического стрессового расстройства. Открытие «астроцитарных ансамблей памяти» указывает на то, что в будущем можно научиться «выключать» именно те вспомогательные клетки, которые заставляют травматическую память возвращаться, оставляя здоровую память нетронутой.
Текст: Алексей Паевский