Долгосрочная память может храниться в мембранах нейронов

Исследование группы нейробиологов Лаборатории Окриджа и Университета Теннесси показала, что память может сохраняться в мембранах нейронов. Точное описание механизма формирования памяти очень важно и для разработки нейроморфных процессоров, и для лечения болезней Паркинсона и Альцгеймера, при которых страдает именно память.
Долгосрочная память может храниться в мембранах нейронов
Unsplash.com

Мозг является центральным хранилищем ваших воспоминаний. Но как формируется память, и где она находится в мозге? Это пока изучено недостаточно

Хотя нейробиологи определили различные области мозга, где хранятся воспоминания, например, гиппокамп в центре мозга, неокортекс в верхнем слое мозга и мозжечок у основания черепа, необходимо еще определить конкретные молекулярные структуры в этих областях, участвующие в памяти и обучении.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Исследование группы биофизиков, физико-химиков и материаловедов Лаборатории Окриджа и Университета Теннесси предполагает, что память может находиться в мембранах нейронов.

Что такое память

Нейроны — это фундаментальные рабочие единицы мозга. Они предназначены для передачи информации другим клеткам, что позволяет организму функционировать. Соединение между двумя нейронами называется синапсом. Химические процессы, происходящие между нейронами, в пространстве называемом синаптической щелью, отвечают за обучение и память.

Синапс
Синапс
OpenStax, CC BY
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

На более фундаментальном уровне синапс состоит из двух мембран: одна связана с пресинаптическим нейроном, передающим информацию, а другая — с постсинаптическим нейроном, принимающим информацию. Каждая мембрана состоит из липидного бислоя, содержащего белки и другие биомолекулы.

Нажми и смотри
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Изменения, происходящие между этими двумя мембранами, известные как синаптическая пластичность, являются основным механизмом обучения и памяти. Они включают в себя изменения количества различных белков в мембранах, а также изменения структуры самих мембран.

Синаптическую пластичность можно классифицировать как краткосрочную, длящуюся от миллисекунд до нескольких минут, или долгосрочную, длящуюся от нескольких минут до нескольких часов и даже лет. Химические процессы, происходящие между пресинаптической и постсинаптической мембранами при краткосрочной пластичности в конечном итоге приводят к долгосрочной синаптической пластичности. И мы таким образом сохраняем надолго наши воспоминания.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Главное — мембрана

Пред- и посттренированные липидные бислои
Пред- и посттренированные липидные бислои
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2212195119

Поскольку ученые считают, что основной способ обработки и хранения информации в мозге — это долгосрочные изменения в синапсах, нейробиологи задались вопросом, может ли память храниться прямо в липидном бислое мембраны.

Нейробиологи обнаружили, что воздействие на модель простого липидного бислоя электрической стимуляцией — не похожей на стимуляцию, используемую в исследованиях мозга, — может вызвать долгосрочные изменения. Уникальность этого результата заключалась в том, что вызвать изменения в простой модели мембраны удалось без участия нейронных белков, обычно связанных с мембраной. Долгосрочная пластичность сохранялась в модели в течение почти 24 часов без какой-либо дальнейшей электрической стимуляции. Это позволяет предположить, что мембрана нейронов может отвечать за сохранение памяти.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Использование липидного бислоя в качестве модели крайне важно для понимания молекулярной основы биологической памяти. Но эта модель может послужить платформой для нейроморфных вычислений, в которых компоненты памяти компьютера моделируются на основе структуры и функций человеческого мозга.

Но главное, липидный бислой может стать потенциальной терапевтической мишенью для лечения различных неврологических заболеваний. Определение того, где и как память хранится в мозге, не только произведет революцию в понимании обучения и памяти, но и поможет разработать новые методы лечения болезней Альцгеймера и Паркинсона, при которых страдает именно память.