«Это показатель того, что эти клетки делают гораздо больше, чем просто помогают нейронам поддерживать свою активность», – говорит профессор Терренс Сейновски, глава лаборатории вычислительной нейробиологии Солка и старший автор новой работы. "Это говорит о том, что они на самом деле играют важную роль в том, как информация передается и хранится в мозгу."
Нейроны мозга полагаются на быстрые электрические сигналы для передачи информации по всему мозгу и высвобождения нейротрансмиттеров, но астроциты вместо этого генерируют сигналы кальция и выделяют вещества, известные как глиотрансмиттеры, некоторые из которых химически похожи на нейротрансмиттеры. Классическая точка зрения заключалась в том, что функция астроцитов заключалась в основном в обеспечении поддержки более активных нейронов, помогая транспортировать питательные вещества, очищать молекулярный мусор и удерживать нейроны на месте.
Совсем недавно исследователи обнаружили, что они могут играть другие, более активные роли в мозге посредством высвобождения глиотрансмиттеров, но они остаются в значительной степени загадочными.
В 2014 году Сейновски, научный сотрудник Солка Антонио Пинто-Дуарте и их коллеги показали, что отключение высвобождения глиотрансмиттеров в астроцитах снижает тип электрического ритма, известного как гамма-колебания, который важен для когнитивных навыков.
В этом исследовании, когда исследователи тестировали навыки обучения и памяти мышей с отключенными астроцитами, они обнаружили дефицит, ограниченный их способностью распознавать новизну.
В новом исследовании команда Сейновски впервые изучила долговременную память мышей с нарушенными астроцитами. Они использовали генно-инженерных животных, лишенных рецептора, называемого инозитол-1,4,5-трифосфатом 2 типа (IP3R2), который астроциты используют для высвобождения кальция для коммуникации.
Исследователи протестировали мышей с тремя различными типами проблем с обучением и памятью, включая взаимодействие с новым объектом и поиск выхода в лабиринте.
В каждом случае мыши, лишенные IP3R2, демонстрировали такую же способность к обучению, как и нормальные мыши. Более того, при тестировании в течение 24-48 часов после каждого начального процесса обучения мыши с поврежденными астроцитами все еще могли сохранять информацию – например, находить путь через лабиринт.
Результаты соответствовали тому, что было замечено в предыдущих исследованиях.
Однако, когда группа подождала еще 2–4 недели и повторно протестировала обученных мышей, они увидели большие различия; мыши, у которых отсутствует рецептор, работают намного хуже, делая более чем в два раза больше ошибок при прохождении лабиринта.
«После нескольких недель задержки нормальные мыши на самом деле показали лучшие результаты, чем сразу после тренировки, потому что их мозг прошел через процесс консолидации памяти», – объясняет Антонио Пинто-Дуарте, ведущий автор новой статьи. "Мыши, лишенные рецептора IP3R2, показали гораздо худшие результаты."
В результате впервые дефекты астроцитов были связаны с дефектами консолидации памяти или удаленной памяти.
Известно, что процесс консолидации памяти в головном мозге включает несколько механизмов, влияющих на нейроны. Считается, что один из этих механизмов основан на оптимальном регулировании силы связи между нейронами посредством долгосрочной потенциации, благодаря которой эта сила увеличивается, и долгосрочной депрессии, из-за которой некоторые из этих связей ослабляются. Сейновски и Пинто-Дуарте показали, что, хотя у мышей без IP3R2 и пониженной активности астроцитов не было проблем с первым, у них наблюдался значительный дефицит последнего, предполагая, что астроциты могут играть определенную роль в долгосрочном угнетении связей между нейроны.
«Механизм долговременной депрессии нейронов не так хорошо изучен или понят», – говорит Сейновски. "И это говорит нам, что мы должны посмотреть, как астроциты связаны с ослаблением этих нейронных связей."
Исследователи уже планируют будущие исследования, чтобы лучше понять пути, с помощью которых астроциты влияют на долгосрочную депрессию нейронной коммуникации и памяти в целом.
«Долгосрочная выгода здесь заключается в том, что, если мы лучше поймем эти пути, мы сможем разработать способы манипулирования консолидацией памяти с помощью лекарств», – говорит Сейновски.
Другими исследователями в исследовании были Аманда Робертс из Исследовательского института Скриппса и Кунфу Оуян из Пекинского университета.
Работа была поддержана Fundacao Calouste Gulbenkian, Медицинским институтом Говарда Хьюза, Институтом мозга и разума Кавли и Фондом фундаментальных исследований Шэньчжэня.