Кишечник играет в формировании памяти гораздо большую роль, чем считалось

Фото из открытых источников

Большинство из нас представляет память как исключительно функцию мозга, формирующуюся и хранящуюся внутри черепа. У крыс же кишечник тоже играет свою роль, по крайней мере, в отношении воспоминаний о еде.

Группа исследователей из Университета Южной Калифорнии изучала, как сигналы из желудка и кишечника достигают мозга во время приема пищи. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Эти сигналы передаются по блуждающему нерву, главному нерву, соединяющему кишечник с головным мозгом. Когда крысы ели, клетки выделяли больше химического вещества, называемого ацетилхолином, в гиппокамп — часть мозга, которая помогает формировать новые воспоминания. Команда наблюдала за этим в режиме реального времени с помощью светового датчика, размещенного в мозге.

Через несколько секунд после того, как крыса начинала есть, уровень ацетилхолина в гиппокампе повышался, а вскоре после того, как животное прекращало есть, он снова падал. Сигнал усиливался по мере того, как шла трапеза, достигая своего пика во время последних кусочков. После того, как крыса закончила есть, повышенный уровень сохранялся в течение нескольких минут, а не снизился сразу.

Чтобы выяснить, что именно вызвало такую реакцию, команда сравнила несколько напитков. Сахарная вода и напиток на основе кукурузного масла повысили уровень ацетилхолина в гиппокампе.

Бескалорийный подсластитель под названием сахарин не оказал никакого влияния, хотя крысы сочли его таким же приятным на вкус. Они выпили больше сахарина, поэтому разница отражала скорее наличие питательных веществ, чем вкус или объем.

Кишечный гормон холецистокинин, который сигнализирует о насыщении через блуждающий нерв, вызывал аналогичную реакцию на ацетилхолин. Амилин, гормон насыщения, который действует без участия блуждающего нерва, такой реакции не вызывал.

«Мы считаем, что этот механизм, вероятно, эволюционировал, чтобы помочь животным запоминать важную информацию об источниках пищи», — сказал соавтор исследования Логан Лауэр.

Чтобы проверить, имеет ли значение сам нерв, команда перерезала блуждающий нерв у некоторых крыс. Без него реакция на прием пищи, вызванная ацетилхолином, исчезла. В другой группе исследователей ученые уничтожили специфические клетки мозга, высвобождающие ацетилхолин в гиппокамп. Это также устранило данную реакцию.

Перерезание нерва также снизило уровень белка, который помогает мозгу упаковывать ацетилхолин для высвобождения. Уровень двух других белков, связанных с ацетилхолином, остался неизменным.

Затем команда провела прямое тестирование памяти. Голодные крысы обыскивали круглый стол диаметром около 122 см с 18 отверстиями, в одном из которых находился туннель с едой. В ходе последующего эксперимента здоровые крысы вернулись на нужное место. Крысы с перерезанным блуждающим нервом или с удаленными клетками, содержащими ацетилхолин, показали результаты не лучше случайных.

Место, где крысы прятались, менялось каждый день, поэтому им приходилось каждый раз запоминать новое местоположение. Это превращало испытание в проверку быстрой, мгновенной памяти, а не в проверку устойчивой привычки. В ходе эксперимента у здоровых крыс уровень ацетилхолина повышался, когда они отмечали правильное отверстие. У крыс с перерезанным блуждающим нервом это повышение отсутствовало.

Раннее питание также имело значение. Некоторые крысы в течение 30 дней питались нездоровой пищей, похожей на ту, что подают в столовой, включая чипсы, конфеты и сладкие напитки, прежде чем вернуться к обычному рациону. У этих крыс больше не наблюдалось стойкого повышения уровня ацетилхолина после еды. Они также хуже справлялись с тестом на запоминание местоположения пищи, хотя и не так сильно, как крысы, у которых отсутствовали нервные или мозговые клетки.

Сигналы насыщения у них тоже ослабли. Доза холецистокинина, подавляющая аппетит у обычных крыс, практически не оказала на этих животных никакого воздействия. В течение шести дней крысы, питавшиеся нездоровой пищей, съедали больше, чем остальные. Избыток пищи был обусловлен главным образом большими порциями, а не более частыми приемами пищи.

Исследование проводилось на самцах крыс, и аналогичная система не была продемонстрирована на людях. Описанный командой путь, проходящий от кишечника к стволу головного мозга и к центру памяти, пока является лишь рабочей моделью, а не окончательно установленной картой.

Крысы, употреблявшие вредную пищу, также запоминали информацию лучше, чем это было возможно случайно, в отличие от крыс, у которых отсутствовали нервные окончания или клетки. Исследователи предполагают, что другие сигналы из мозга могут частично компенсировать ослабленный сигнал из кишечника.

Они указывают на второй гормон кишечника, выделяющийся позже в процессе пищеварения, который может способствовать поддержанию высокого уровня ацетилхолина после окончания приема пищи. Эта часть модели еще не была проверена.

Признаки той же связи были обнаружены и у людей. У пациентов на Тайване, которым перерезали часть блуждающего нерва для лечения язв, впоследствии чаще развивалась деменция, чем у аналогичных пациентов, хотя это открытие не могло доказать, что причиной была именно операция.

«Нарушение передачи сигналов ацетилхолина в гиппокампе является одним из самых ранних нейрохимических изменений при болезни Альцгеймера», — сказал профессор Скотт Каноски из Университета Южной Калифорнии. «Выявив, что эта система усиливается за счет сигналов от блуждающего нерва, поступающих из кишечника, можно разработать новые терапевтические мишени, используя эту информацию для изучения подходов, основанных на воздействии на блуждающий нерв, таких как стимуляция блуждающего нерва».