Как мозг запоминает, что вызвало пищевое отравление
Нейробиологи из Принстона точно определили «центр памяти» в мозге, отвечающий за сильную пищевую аверсию у мышей.
Результаты показывают, как «одноразовое обучение», когда единичный опыт создает длительные воспоминания , разворачивается у грызунов, что может пролить свет на то, как подобные воспоминания формируются у людей, например, когда единичное травматическое событие приводит к ПТСР. Таким образом, работа над пищевым отравлением у мышей может потенциально помочь в разработке будущих клинических методов лечения людей.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature .
Многие люди могут вспомнить яркий опыт пищевого отравления, который заставил их избегать определенных продуктов, от которых им стало плохо. Кристофер Циммерман, доктор философии, слышал много таких историй.
«У меня давно не было пищевых отравлений, но теперь, когда я общаюсь с людьми на встречах, я слышу об их опыте пищевых отравлений», — сказал Циммерман, ведущий автор новой статьи и научный сотрудник Принстонского института неврологии (PNI).
Хотя этот опыт достаточно распространен, загадка, которая долгое время озадачивала исследователей, заключалась во временном разрыве. В отличие от прикосновения к горячей плите и немедленного ощущения боли, пищевое отравление подразумевает значительную задержку между употреблением зараженной пищи и возникновением болезни — то, что Циммерман называет задержкой «от еды до недомогания».
Работая в лаборатории Иланы Виттен, доктора философии, профессора нейробиологии в PNI, Циммерман впервые начал изучать мозговые механизмы, лежащие в основе обучения избегать тошнотворной пищи, предлагая мышам попробовать новый вкус, с которым они никогда раньше не сталкивались: виноградный напиток Kool-Aid.
«Это лучшая модель того, как мы на самом деле учимся», — сказал Циммерман. «Обычно ученые в этой области используют только сахар, но это не обычный вкус, который вы можете встретить в еде. Kool-Aid, хотя он все еще нетипичен, немного ближе, поскольку имеет больше измерений в своем вкусовом профиле».
Мыши узнали, что если засунуть нос в специальную область клетки, то можно получить каплю Kool-Aid. Спустя тридцать минут после того, как они впервые попробовали фиолетовый напиток, мышам сделали однократную инъекцию, вызвавшую временное пищевое отравление.
Неудивительно, что когда через два дня им предложили выбор, мыши решительно избегали когда-то привлекательного Kool-Aid и предпочитали просто пить воду. Однако Циммерман и Виттен обратили внимание на то, где в мозге была обнаружена эта ассоциация сок/болезнь: в центральной миндалине.
«Если посмотреть на весь мозг, где представлены новые и знакомые вкусы, то миндалевидное тело оказывается действительно интересным местом, поскольку оно преимущественно активируется новыми вкусами на каждом этапе обучения», — сказал Циммерман. «Оно активно, когда мышь пьет, когда мышь чувствует себя больной, а затем, когда мышь извлекает это негативное воспоминание через несколько дней».
Центральная миндалевидная железа — небольшая группа клеток в нижней части мозга, участвующая в обучении эмоциям и страху, — также обрабатывает большой объем информации из окружающей среды, включая запахи и вкусы.
Результаты Циммермана впервые продемонстрировали, насколько важна центральная миндалевидная железа на каждом этапе обучения, и были поразительны уже в самом первом эксперименте.
«Я помню, как сделал график с первого животного и поделился им в Slack с Иланой», — сказал Циммерман. «Она была у меня за столом минуту спустя, чтобы рассказать, как это волнительно».
Теперь, когда они знали, где формируются отталкивающие вкусовые воспоминания, команда проследила, как сигналы о болезни из кишечника достигают мозга. Основываясь на подсказках из предыдущих исследований, они идентифицировали специализированные клетки заднего мозга, содержащие определенный белок (CGRP), который напрямую связан с центральной миндалиной. Стимуляция этих клеток через 30 минут после опыта мыши с Kool-Aid вызывала такое же отвращение, как и настоящее пищевое отравление .
Они также обнаружили, что тошнота приводит к повторной активации нейронов, активированных Kool-Aid.
«Мыши как будто вспоминали и вспоминали предыдущий опыт, который позже заставил их почувствовать себя больными», — сказал Виттен. «Было очень здорово наблюдать, как это разворачивается на уровне отдельных нейронов».
Команда исследователей полагает, что новые вкусы могут «помечать» определенные клетки мозга , чтобы они оставались чувствительными к сигналам болезни в течение нескольких часов после еды, позволяя этим клеткам специфически реактивироваться в ответ на болезнь и, таким образом, связывать причину и следствие, несмотря на задержку во времени.
Это исследование открывает новые пути к пониманию того, как мозг формирует связи между отдаленными событиями, — и его значение выходит за рамки понимания того, как закрепляются плохие воспоминания о моллюсках.
«Часто, когда мы учимся в реальном мире, между сделанным нами выбором и результатом проходит длительная задержка. Но это обычно не изучается в лабораторных условиях, поэтому мы на самом деле не понимаем нейронные механизмы, которые поддерживают этот вид обучения с большой задержкой», — сказал Циммерман.
«Мы надеемся, что эти результаты дадут основу для размышлений о том, как мозг может использовать воспоминания для решения этой проблемы обучения в других ситуациях».