Биологи вернули забытые воспоминания дрозофилам и показали, как они искажаются

Воспоминания не исчезают бесследно: иногда пережитый опыт перестает влиять на поведение, хотя его след продолжает сохраняться в мозге. Ученые решили проверить, можно ли вернуть такую «забытую» память и что произойдет, если напомнить о произошедшем не совсем точно.

Ученые из Института биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера и Базельского университета (Швейцария) взяли дрозофил в возрасте от трех до девяти дней и сформировали у них неприятную ассоциацию: один запах сопровождался электрическими разрядами, после чего мухам предлагали выбрать между запахами. Уже через 24 часа выученное избегание исчезало, а поведение насекомых ничем не отличалось от исходного.

Возвращение «молчаливой» памяти

Затем исследователи попытались вернуть память. Через сутки мух снова помещали в ту же экспериментальную камеру и трижды на минуту предъявляли им запах, который раньше сопровождался разрядами. Но на этот раз без электрического воздействия. Спустя час насекомые снова начали избегать этого запаха. У мух из контрольной группы, которые во время первоначального обучения не получали разрядов, такая процедура не вызывала реакции избегания. Похожего результата удалось добиться спустя неделю после обучения.

Это показало, что исчезновение поведенческой реакции еще не означает утраты связанной с ней информации. По-видимому, часть памяти переходила в так называемое молчаливое состояние: след опыта сохранялся в нервной системе, но уже не влиял на поведение без подходящего сигнала-напоминания. Статья об эксперименте вышла в журнале Nature Neuroscience.

Нейронные механизмы восстановления

Чтобы понять, где именно сохранялась эта информация, биологи наблюдали за активностью отдельных нейронов мозга мух с помощью двухфотонной микроскопии. Особое внимание привлекли нейроны MBON-a2sc, относящиеся к грибовидным телам — структурам мозга членистоногих, которые играют ключевую роль в обучении и обработке запахов. Эти нейроны обычно не заставляют насекомое приближаться к запаху или избегать его. Сразу после обучения характерного следа памяти в этих клетках не обнаружили. Но по мере того, как поведенческая реакция исчезала, в MBON-a2sc появлялось изменение реакции на связанный с разрядами запах. Когда забытая память восстанавливалась после напоминания, этот след снова исчезал. В отдельном эксперименте ученые искусственно заблокировали работу тех же нейронов у необученных мух во время предъявления запаха. Это вызвало поведение, похожее на выученное избегание.

Следующим вопросом было то, насколько точно мозг способен восстановить забытый опыт. Для этого изменили напоминание: вместо запаха, который действительно сопровождался электрическими разрядами, мухам предъявляли другой запах, присутствовавший во время первоначального обучения, но не связанный с неприятным воздействием. Именно тогда память начала искажаться. После трех таких напоминаний насекомые стали избегать и второго запаха. Новый запах, которого во время обучения вообще не было, такого эффекта не вызывал. Если же второй запах предъявляли в другой обстановке, ложная ассоциация также не возникала.

Биологи сделали вывод, что знакомый запах мог стать частью ошибочно восстановленного воспоминания именно потому, что он присутствовал в исходном контексте. Контекст оказался важен и для восстановления настоящей памяти. Изменение освещения и удаление электрической решетки могло мешать восстановлению, тогда как другая температура в экспериментальной камере не устраняла эффект. Другой вариант поверхности, напротив, оказался особенно важен для формирования ложной ассоциации: при изменении текстуры она исчезала. Значит, мозг мух учитывал разные элементы первоначальной обстановки и по-разному включал их в восстановление опыта.

Исследователи также обнаружили, что настоящее и ложное восстановление памяти управлялись разными группами дофаминовых нейронов. Для возвращения исходной неприятной ассоциации требовались два нейрона PPL1-α2α’2, которые получили название «нейроны восстановления». Они не участвовали в первоначальном обучении и не передавали сигнал наказания. Их активность была необходима именно во время напоминания. Формирование ложной памяти зависело уже от другой пары нейронов — PPL1-α3α’3. Если их работу блокировали, мухи переставали приобретать отрицательную реакцию на второй запах. Искусственная активация этих клеток, напротив, позволяла сформировать ложную ассоциацию даже тогда, когда обычного контекстного сигнала было недостаточно. При этом «нейроны восстановления» не могли заменить их функцию, поскольку не заставляли мух формировать ложную память.

Авторы научной работы предложили объяснение, почему такая система вообще могла сформироваться во время эволюции. Сохранение разных элементов неприятного события в отдельных, частично недоступных следах может помогать животному использовать прошлый опыт в новых обстоятельствах. Но та же гибкость делает восстановление памяти уязвимым для ошибочных сигналов: знакомая деталь старой ситуации способна изменить то, как мозг собирает воспоминание заново. Поэтому ложная память, по предположению исследователей, может быть не отдельным дефектом системы, а побочным результатом механизма, который в других условиях помогает адаптироваться к новым обстоятельствам.

В целом исследование показало, что забывание означает не уничтожение воспоминания, а потерю доступа к нему. То, что происходит при попытке вернуть такой опыт, зависит не только от самого прошлого события, но и от сигнала, который мозг получает в момент восстановления. Похожую способность восстанавливать воспоминания ранее наблюдали у грызунов. Однако пока не известно, существует ли у них тот же механизм, при котором забытая информация перераспределяется в нейронные цепи, не управляющие поведением напрямую.