Болезнь Альцгеймера портит воспоминания, пока мозг отдыхает

Исследователи сообщают, что их выводы, опубликованные в Текущая биологияможет поддержать разработку будущих лекарств, нацеленных на этот сбойный процесс. Эта работа также может помочь в создании новых инструментов для выявления болезни Альцгеймера раньше, чем это возможно в настоящее время.

Понимание того, как болезнь Альцгеймера разрушает клетки мозга

Соавтор исследования доктор Сара Шипли (UCL Cell & Developmental Biology) объяснила, что болезнь Альцгеймера вызвана накоплением повреждающих белков и бляшек в головном мозге. Эти изменения приводят к таким симптомам, как потеря памяти и трудности с навигацией в знакомой обстановке, но точные способы, которыми эти бляшки мешают нормальной мозговой деятельности, до сих пор неясны.

«Болезнь Альцгеймера вызвана накоплением вредных белков и бляшек в головном мозге, что приводит к таким симптомам, как потеря памяти и нарушение навигации, но не совсем понятно, как именно эти бляшки нарушают нормальные мозговые процессы.

«Мы хотели понять, как меняется функция клеток головного мозга по мере развития заболевания, и определить, что вызывает эти симптомы.

«Когда мы отдыхаем, наш мозг обычно воспроизводит недавние события — считается, что это ключ к тому, как формируются и поддерживаются воспоминания. Мы обнаружили, что этот процесс воспроизведения нарушается у мышей, у которых вырабатываются амилоидные бляшки, характерные для болезни Альцгеймера, и это нарушение связано с тем, насколько плохо животные справляются с задачами, связанными с памятью».

Как мозг воспроизводит воспоминания

Это воспроизведение происходит в гиппокампе — участке мозга, необходимом для обучения и памяти. Во время отдыха определенные нейроны, известные как клетки места, активируются в быстрой последовательности, отражающей недавний опыт.

Клетки места, открытые лауреатом Нобелевской премии нейробиологом профессором Джоном О’Кифом из UCL, представляют собой нейроны (клетки мозга), которые соответствуют определенным местам. Когда человек или животное перемещается в пространстве, клетки разных мест срабатывают в определенном порядке. Позже, во время отдыха, те же самые клетки обычно активируются в той же последовательности, помогая мозгу сохранить этот опыт в памяти.

Отслеживание активности мозга во время задач на память

Чтобы изучить этот процесс, исследователи проверили, как мыши действовали в простом лабиринте, одновременно записывая активность мозга. Используя специализированные электроды, они смогли контролировать примерно 100 отдельных клеток места одновременно, пока животные исследовали, а затем отдыхали.

Этот подход позволил команде сравнить нормальные модели воспроизведения в мозге с теми, которые наблюдались у мышей, у которых развилась амилоидная патология, связанная с болезнью Альцгеймера.

Неорганизованное воспроизведение и затухание сигналов памяти

У мышей с амилоидными бляшками воспроизведение воспоминаний выглядело совсем по-другому. Повторные события происходили так же часто, как и у здоровых мышей, но лежащие в их основе закономерности больше не были организованы. Вместо закрепления воспоминаний скоординированная деятельность клеток места нарушалась.

Исследователи также заметили, что клетки места у пораженных мышей со временем становились менее стабильными. Отдельные нейроны перестали надежно представлять одни и те же места, особенно после периодов отдыха, которые обычно происходят при воспроизведении, и должны усиливать сигналы памяти.

Снижение производительности памяти у пораженных мышей

Эти изменения имели явные поведенческие эффекты. Мыши с нарушенным воспроизведением хуже справлялись с лабиринтом, часто повторно посещая уже исследованные пути и не могли вспомнить, где они были.

Соавтор исследования профессор Касвелл Барри (UCL Cell & Developmental Biology) сказал, что исследование выявило сбой в консолидации памяти, который можно наблюдать на уровне отдельных нейронов.

«Мы обнаружили сбой в том, как мозг консолидирует воспоминания, видимый на уровне отдельных нейронов. Что поразительно, так это то, что события повторения все еще происходят, но они потеряли свою нормальную структуру. Дело не в том, что мозг перестает пытаться консолидировать воспоминания; сам процесс пошел не так».

Значение для раннего выявления и лечения

Профессор Барри добавил, что эти результаты могут помочь исследователям выявить раннюю болезнь Альцгеймера или разработать методы лечения, направленные на восстановление нормальной активности воспроизведения.

«Мы надеемся, что наши результаты помогут разработать тесты для выявления болезни Альцгеймера на ранней стадии, до того, как произойдет серьезный ущерб, или привести к новым методам лечения, нацеленным на этот процесс воспроизведения. Сейчас мы изучаем, можем ли мы манипулировать воспроизведением через нейротрансмиттер ацетилхолин, на который уже нацелены лекарства, используемые для лечения симптомов Альцгеймера. Лучше понимая механизм, мы надеемся сделать такие методы лечения более эффективными».

Исследование провели ученые факультетов наук о жизни и наук о мозге UCL при поддержке Cambridge Trust, Wellcome и Masonic Charitable Foundation.