Найден способ вернуть память мышам с моделью болезни Альцгеймера

Результаты нового исследования, опубликованные в журнале Nature [1], показали, что у пациентов с болезнью Альцгеймера на самом деле могут формироваться воспоминания, что оставляет надежду на разработку эффективной терапии заболевания. Люди с болезнью Альцгеймера могут забыть лица или места, где они оставили привычные предметы, поскольку их головной мозг не может «найти» область, где хранятся эти воспоминания.

Результаты исследования противоречат устоявшемуся представлению о том, что при болезни Альцгеймера головной мозг не создает новые воспоминания. Они также позволяют предположить, что стимуляция работы головного мозга может временно улучшить память пациентов на ранних стадиях заболевания.

Исследование было основано на результатах предыдущих исследований нейробиолога Сусуми Тонегава (Susumu Tonegawa), одного из авторов нового исследования, и его коллег из Массачусетского Технологического Института в Кембридже (Massachusetts Institute of Technology, MIT, США). В прошлом году эти ученые продемонстрировали, что при некоторых типах амнезии воспоминания сохранялись, но головной мозг не мог их «извлечь» [2].

Трудно найти разницу между хранящимися и извлеченными воспоминаниями у человека, поскольку единственный способ проверить память – это попросить его вспомнить информацию. Однако, на воспоминания мышей можно воздействовать, и Тонегава и его коллеги проверили свою теорию с помощью двух линий мышей с мутациями в генах, ассоциированных с болезнью Альцгеймера.

В головном мозге этих животных формируются кластеры белка амилоида, или бляшки, в результате чего они теряют свои воспоминания, как и пациенты с болезнью Альцгеймера. Исследователи продемонстрировали потерю памяти у мышей, помещая их в коробку, в которой они получали удар электрическим током. Здоровые мыши научились бояться коробку, в отличие от мутантных мышей, которые не помнили, что на них воздействовали током.

Исследователи создали мутантных мышей, в нейронах гиппокампа (области мозга, хранящей краткосрочные воспоминания) которых содержался светочувствительный белок. Затем ученые поместили мышей обратно в коробку, подавая свет на головной мозг животных, чтобы заставить работать их измененные нейроны. Это помогло мышам вспомнить о том, что они находились в состоянии шока, и животные замирали, что позволяет предположить, что их память была зашифрована. Однако, на следующий день мыши снова забывали о своем страхе коробки.

Ученые, изучающие потерю памяти на мышах, создали нейроны (окрашены зеленым цветом), синтезирующие светочувствительный белок. (фото: Dheeraj Roy)

Затем ученые стали импульсно подавать свет, имитируя процесс, который происходит естественным путем по мере того, как в течение долгого времени головной мозг неоднократно обращается к памяти. Это привело к усилению связей между гиппокампом и другой областью головного мозга, называемой энторинальной корой головного мозга. Известно, что данная связь участвует в хранении долгосрочной памяти. После того, как у мышей были созданы прочные воспоминания, они стали помнить о том, что должны бояться коробки даже тогда, когда свет выключен.

Когда исследователи провели патологоанатомическое исследование головного мозга животных, то они обнаружили, что пульсирующая стимуляция создала больше связей между гиппокампом и энторинальной корой. Именно эти связи теряются по мере прогрессирования болезни Альцгеймера. Но, по мнению исследователей, этот метод защитил бы мышей от симптомов заболевания на несколько месяцев, а человека – на 2-3 года. После этого заболевание будет снова прогрессировать.

Эта теория согласуется с симптомами, наблюдаемыми у пациентов. По неизвестным причинам гиппокамп особенно уязвим к разрушительному действию болезни Альцгеймера, поэтому заболевший человек сначала забывает новые воспоминания, например, то, где он оставил свой автомобиль. По мере прогрессирования заболевания разрушаются другие области головного мозга, в результате чего пациенты забывают долгосрочную информацию, в частности, имена членов своей семьи.

По мнению Итцака Фрайда (Itzhak Fried), нейрохирурга из Калифорнийского Университета в Лос-Анджелесе (University of California Los Angeles, США), возможно, полученные выводы нельзя транслировать на человеческий мозг, поскольку у мышей амилоидные бляшки развиваются по-другому. Невозможно проверить, верна ли гипотеза «извлечения памяти» у человека, поскольку исследователи не разработали способ, позволяющий стимулировать головной мозг человека с помощью света.

По словам Кристин Денни (Christine Denny), нейробиолога из Колумбийского Университета в Нью-Йорке (Columbia University, США), электрическая стимуляция может преуспеть там, где оптогенетика не может. Результаты ранних клинических испытаний позволяют предположить, что глубокая стимуляция гиппокампа способствует созданию нейронов и улучшает память у некоторых пациентов с болезнью Альцгеймера. Но не известно, как это работает [3].

Результаты исследования Тонегава помогут разработать более направленную стимуляцию, особенно после того, как исследователи поймут, что происходит с воспоминаниями после того, как они покидают гиппокамп. Несколько исследовательских команд, включая научную группу Фрайда, уже имплантируют подобные тонко настроенные приборы для микростимуляции в энторинальную кору пациентов с эпилепсией, возникшей после черепно-мозговых травм, надеясь, что это восстановит память испытуемых.

По словам Фрайда, возможно, скоро начнутся исследования эффективности и безопасности метода микростимуляции на маленькой группе пациентов с болезнью Альцгеймера. Несмотря на то, что ученый признает значимость проведения дополнительных исследований на животных, в частности, на приматах, «основная работа исследователей направлена на облегчение симптомов заболевания у пациентов».

Поперечный срез головного мозга мыши, на котором видны кластеры амилоидного белка (окрашены зеленым цветом), накапливающиеся по мере прогрессирования болезни Альцгеймера. (фото: Dheeraj Roy)

По материалам NatureNews

Оригинальная статья: Nature doi:10.1038/nature.2016.19574

Литература:
1. Roy, D. S. et al. Nature (2016).
2. Ryan, T. J., Roy, D. S., Pignatelli, M., Arons, A. & Tonegawa, S. Science 348, 1007–1013 (2015).
3. Sankar, T. et al. Brain Stim. 8, 645–654 (2015).