Американские ученые в экспериментах на мышах показали, что дофаминергическая активность вентральной области покрышки во время медленного сна зависит от полученного опыта и усиливается за счет ассоциативного обучения и полученных двигательных навыков.
В итоге подобная деятельность мозга способствует консолидации памяти о них и координирует информацию с кортикальными двигательными путями. Исследование опубликовано в Science Advances.
Способность учиться на собственном опыте зависит от консолидации памяти — процесса, который стабилизирует и преобразует неустойчивые нейронные представления о пережитом опыте в прочные воспоминания и знания. Консолидация памяти включает в себя изменения функциональных связей на системном уровне, реактивацию нейронов, синаптические модификации и изменения транскрипции в гиппокампе и коре головного мозга. Эти процессы происходят в основном во время медленного сна.
Центральным нейрофизиологическим механизмом консолидации памяти выступает реактивация нейронов, при которой паттерны возбуждения, проявляющиеся во время бодрствования, воспроизводятся в последующие периоды автономной работы. Недавние данные свидетельствуют о том, что нейромедиаторы — в частности, норадреналин — во время сна регулируют связанные с памятью нейронные колебания и могут влиять на консолидацию памяти. Однако остается неясным, каким образом различные нейромедиаторы способствуют этому процессу.
Поэтому Ада Эбан-Ротшильд (Ada Eban-Rothschild) и его коллеги из Мичиганского университета изучили, как дофаминергическая активность нейронов вентральной области покрышки во время сна влияет на процессы консолидации памяти. Ученые обратили внимание на дофамин как на основной компонент процессов, связанных с обучением и переживаниях о поощрении, отвращении, вознаграждении, а также с инициацией действий, движения и выбора поведения.
Сначала исследователи ввели в вентральную область покрышки мышей вирусные векторы, с помощью которых можно отслеживать активацию дофаминергических нейронов по изменению уровня кальция в клетках. После этого исследуемые и контрольные мыши попали в две ситуации обучения: одна была связана с приятными ощущениями, вторая — с неприятными. В последующем во время медленноволнового сна экспериментаторы обнаружили значительную активацию дофаминергических нейронов вентральной области покрышки.
Ни во время быстрого сна, ни во время бодрствования таких изменений не наблюдалось. Также активации не было и у мышей из контрольной группы. Дополнительные тесты показали, что и двигательное обучение повышает активность дофаминергических нейронов вентральной области покрышки, особенно во время медленноволнового сна.
Кроме того, торможение вентральной области покрышки приводило к ухудшению консолидации двигательной памяти во время медленноволнового, но не быстроволнового сна. Примечательно, что в тестах на вознаграждение консолидация простой ассоциации «место-награда» не зависела от активности дофаминергической системы вентральной области покрышки во время сна. Это подчеркивает особенную важность этой системы в консолидации именно двигательной памяти. Ученые обнаружили, что обучение двигательным навыкам активирует координацию путей между дофаминергической системой вентральной области покрышки и ростральной областью двигательной коры, где проецируются передние и задние конечности.
Ученые пришли к выводу, что дофаминовая сигнализация играет важную роль в консолидации двигательной памяти во время сна. Поскольку изменения в передаче сигналов дофамина связаны с нейродегенеративными заболеваниями (например, болезнью Паркинсона) понимание этих связей может проложить путь к совершенствованию терапии таких патологий.
Автор: Слава Гоменюк