Nature: сахар помогает мозгу закреплять стрессовые воспоминания

Фото из открытых источников

Ученые установили, что сахар, попадающий в мозг после пережитого пугающего события, является триггером для воспоминаний, сохраняющихся в течение нескольких дней. В результате исследования устанавливается связь между сигналами голода и хранением памяти, а также указывается биологический механизм, посредством которого стрессовые ситуации могут изменять последующее пищевое поведение. Результаты были опубликованы в журнале Nature.

У плодовых мушек, приученных бояться запаха, решающее изменение происходило только после многократных уроков, сочетающих запах и электрический разряд. Употребление сахара после тренировки превращало этот опыт в долговременную память.

Пьер-Ив Пласе из CNRS, Французского национального центра научных исследований, отметил, что те же самые датчики сахара в мозге активируются при возобновлении приема пищи. Эти сенсоры реагировали лишь в течение короткого промежутка времени после тренировки, пока мозг еще мог использовать поступающий сахар для стабилизации памяти.

После того как это окно закрылось, мухи по-прежнему избегали запаха, но устойчивая форма воспоминания не сохранилась, что сузило круг загадок до сигнала, который посылал сахар. После занятий мухи формировали устойчивые воспоминания только тогда, когда сахар достигал активных сенсоров примерно через три часа после тренировки.

При обучении на основе отвращения — обучении на неприятных результатах — запах сопровождался слабыми электрическими разрядами до тех пор, пока мухи не стали избегать этого запаха в дальнейшем.

Ученые использовали Drosophila melanogaster, плодовую мушку, часто применяемую в генетике, поскольку ее небольшой мозг позволяет проводить точные индивидуальные тесты. Эта граница указывает на то, что сигналом, положившим начало устойчивой консолидации, является не только потребление калорий, но и восприятие углеводов.

Повторные занятия изменили работу мозга сытой мухи, подавив активность клеток, которые обычно отключают датчики сахара после тренировки. У сытых мух нейроны Gr43a – клетки головного мозга, чувствительные к сахару – обычно игнорируют фруктозу после обычного потребления углеводов.

В более ранних исследованиях было показано, что эти нейроны реагируют на сахар только у голодных животных. Этот заимствованный голод длился всего несколько часов, поэтому время приема пищи имело такое же важное значение для длительного хранения, как и сам сахар.

После возобновления восприятия сахара активированные клетки высвобождали тиростимулин — гормоноподобный «мессенджер», способный передавать сигналы между различными областями мозга после еды.

Этот сигнальный посредник достиг нейронов, формирующих память, где клетки подготавливали информацию об запахе для более длительного хранения после обучения в мозге.

Блокирование «мессенджера» или клеток, которые его получали, нарушало память, прерывая биологический сигнал. Еда имела значение, потому что она запускала этот сигнал, а не просто повышала энергетический запас животного после тренировки.

Для формирования прочной памяти требовалось быстрое расходование энергии внутри грибовидного тела каждой мухи — области мозга, которая хранит усвоенные ассоциации.

Более ранние исследования показали, что долговременная память у мух может иметь негативные последствия для выживания в условиях сильного стресса, например, обезвоживания. В новых экспериментах сигнал, связанный с сахаром, увеличил потребление глюкозы, помогая нейронам подготовить память к хранению на ранних этапах консолидации.

Потребность в энергии объясняет, почему мозг может ждать сигнала о наличии сахара, прежде чем тратить ресурсы на запоминание в данный момент. После периодической тренировки хорошо накормленные мухи отдавали предпочтение сахарозе, столовому сахару, сильнее, чем мухи, которые воспринимали запахи и электрические разряды по отдельности.

В ходе 60-минутных экспериментов по кормлению отдельные мухи делали такой выбор, что позволяло исследователям напрямую отслеживать аппетит каждого животного. Потеря Gr43a или тиростимулиновой сигнализации снижала предпочтение к сахару, связывая аппетит и память через один путь после тренировки.

Изменение аппетита не доказывает наличие эмоционального переедания у человека, но оно предлагает проверяемый нейронный путь в мозге. В процессе обучения с помощью поощрения использовался тот же механизм, что и при обучении голодных мух, когда они связывали запах с употреблением сахара.

У голодающих мух уже были активные датчики сахара, поэтому прием пищи после обучения давал их мозгу необходимый сигнал без дополнительных изменений в нейронных сетях.

Для создания такого состояния в ходе аверсивного обучения необходимо было сначала сформировать соответствующее состояние, даже несмотря на то, что сам урок не содержал никаких пищевых стимулов, посредством многократной практики. Этот общий механизм помогает объяснить эффект интервального повторения, при котором раздельная практика улучшает память.

Мозг человека отличается от мозга мухи, и авторы не продемонстрировали аналогичную схему у млекопитающих, включая человека. Мухи по-прежнему представляют ценность, поскольку исследователи могут с необычайной точностью включать и выключать крошечные группы нейронов в живом мозге.

Причинами стресса, влияющего на пищевое поведение, являются гормоны, привычки, культура и многие области головного мозга.

«Наши результаты позволяют установить нейронную основу и когнитивную ценность поведения, подобного эмоциональному перееданию», — написали Пласе и его коллеги.

В дальнейших исследованиях необходимо проверить, используют ли мозг млекопитающих сенсоры питательных веществ — клетки, отслеживающие химические вещества в пище, — во время хранения памяти в условиях сопоставимого стресса.

В этих исследованиях необходимо будет отделить истинные сигналы памяти от изменений, связанных с чувством голода или вниманием. Точность синхронизации по-прежнему остается проблемой, поскольку сигнал от мухи срабатывал только в течение короткого периода восприимчивости. Более четкие ответы могли бы изменить подход ученых к изучению процессов обучения, метаболизма и вызванного стрессом аппетита у животных, не сводя вину исключительно к сахару.

В этих экспериментах сахар выступал не просто в качестве вознаграждения, а в качестве временного биологического сигнала для хранения памяти. Благодаря объединению восприятия пищи, практики и аппетита, эта работа превращает небольшую схему работы мозга мухи в задачу на развитие более четкой памяти для ученых.

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний