|
15 сентября 1999
Сказка об умном мышонке
Эти существа, которых ты именуешь
мышами, понимаешь, они не совсем такие,
как кажутся. Мыши - это только отражение
в нашем измерении огромных сверхразумных
всемерных существ.
(Д.Адамс. "Путеводитель для
путешествующих по Галактике автостопом").
Собратья Микки-Мауса уже довольно долго служат жертвами на
алтаре науки. В последние годы особенно широкое распространение
получили так называемые трансгенные мыши - методами генной
инженерии оказалось возможным "выключать" у них одни гены или,
напротив, усиливать активность других. Обычно результаты таких
экспериментов очень интересны для науки, но печальны для самих
мышей - из-за разрегулирования систем организма они получаются
убогими калеками. Однако случается и так, что возникает этакий
мышиный супермен (которого вернее бы назвать супермаусом). Вот и
сейчас в журнале "Nature" вышла статья о создании мышей,
обладающих недюжинным интеллектом по сравнению со своими
плебейскими серыми родственниками. До мышей Адамса им еще
далеко, но на уровне умного мышонка из сказки Маршака, наверное,
они работать могут.
Сначала немного предыстории. Уже давно известно, что нервные
клетки передают импульсы от одной к другой через специальные
образования - синапсы. Синапс - это место, где мембраны двух
клеток тесно придегают друг к другу. Когда по одному нейрону
идет импульс и достигает синапса, из его мембраны высвобождаются
специальные молекулы - нейротрансмиттеры. Они быстро пересекают
межмембранное пространство и связываются рецепторами на мембране
второго, постсинаптического нейрона, после чего в результате
частичного открытия мембраны для ионов импульс возникает и в
этом нейроне. Рецепторы обычно представляют собой сложные
белковые комплексы, состоящие из нескольких полипептидных цепей
(субъединиц).
Один из главных нейротрансмиттеров мозга - глутамат,
ионизированная форма глутаминовой кислоты. Существует несколько
типов рецепторов глутамата, один из которых носит название
NMDA-рецептора (по имени еще одного вещества, которое он
способен связывать - N-метил-D-аспартата). Как и большинство
других рецепторов, NMDA-рецепторы состоят из нескольких
субъединиц. Одна из них - NR1 - присутствует в любом
NMDA-рецепторе, а вот другая, NR2, существует в нескольких
вариантах, обозначаемых буквами A до D, которые по-разному
синтезируются в разных районах мозга и в разные периоды
развития. В частности, NR2B больше всего в молодом возрасте, а
потом ее пропорция снижается. Кроме того, импульс, возникающий
при возбуждении NMDA-рецептора, содержащего NR2B, длится дольше,
чем в случае с другими субъединицами.
Это дало повод заподозрить, что NR2B, возможно, играет роль в
возникновении долговременной потенциации. Не пугайтесь страшных
слов - это на самом деле очень просто. Около полувека назад
канадский психолог Дональд Хебб выдвинул гипотезу о том, как
формируется память. Хебб постулировал, что если два нейрона
активны в одно и то же время, синаптическая связь между ними
становится "прочнее", что ведет к дальнейшему облегчению их
одновременной активизации. Физическая природа такого закрепления
была неясна, и гипотеза Хебба оставалась чисто бумажным
построением вплоть до 1973 года, когда англичанин Тимоти Блисс
открыл процесс, очень похожий на предсказанный Хеббом. Блисс
изучал гиппокампус мозга кролика. Гиппокампус - это очень
интересная зона коры головного мозга, которая абсолютно
необходима для формирования памяти. Блисс обнаружил, что, если
постоянно раздражать определенные нейроны в нем, эффективность
работы их синаптических контактов с другими нейронами быстро
возрастает и остается повышенной несколько часов (на
изолированном срезе мозга) или нескольких дней (в живом
организме). Это явление он и назвал долговременной потенциацией.
Однако механизм ее по-прежнему оставался тайной, да и не было
известно, действительно ли именно так возникает память. Конечно,
какие-то шаги в этом направлении делались - например, в
экспериментах на крысах было показано, что некоторые вещества,
нарушающие долговременную потенциацию, приводят к утрате
животными способности запоминать правильную дорогу в лабиринте.
Новые опыты, описанные группой Джо Цина из Принстонского
университета в США, проливают свет на роль NMDA-рецепторов и
долговременной потенциации в памяти. Цин с сотрудниками вывел
линию мышей, у которых содержание субъединиц NR2B намного выше
обычного. Помните - NR2B больше у молодых животных, а ведь
именно в молодости все так легко запоминается! Этих трансгенных
мышей исследователи протестировали как на наличие долговременной
потенциации, так и на способность к выполнению разных
интеллектуальных (на мышином уровне) задач.
Потенциация оказалась вполне на уровне, как и ожидалось. Гораздо
интереснее оказалось посмотреть на сообразительность мышек. Она
исследовалась в трех разных экспериментах. Во-первых, у мышей
вырабатывали условный рефлекс: их сажали в клетку, давали
определенный звук, а потом - слабый удар током. От удара бедная
мышка съеживается, и, вполне по Павлову, вскоре начинает
пугаться и звука, и даже той клетки, в которой ее пытают. У
трансгенных мышей условный рефлекс вырабатывался гораздо
быстрее, чем у нормальных. Более того, когда их продолжали
сажать в ту же клетку и давать звук, но током не били,
трансгенные мыши гораздо быстрее соображали, что бояться нечего,
и этот условный рефлекс теряли. В другом эксперименте мышей
сажали в клетку с двумя предметами разной формы (скажем, шар и
куб). Любопытные грызуны принимаются исследовать предметы, а
затем, когда теряют к ним интерес, их пересаживают в другую
клетку, где тоже есть два предмета - один, с которым мыши уже
знакомы (шар или куб), а другой - новый (например, конус).
Обычно мыши проводят какое-то время и около знакомого предмета,
но больше внимания уделяют незнакомому. Трансгенные же мыши
только мельком взглядывали на знакомые шары-кубы, и обследовали
почти все время только новую обстановку. Это тоже
свидетельствует об улучшении памяти. Наконец, в третьем опыте
мышам предлагалось найти платформу, погруженную в бассейн с
мутной водой (мутной - чтобы плывущая мышка не могла платформу
видеть). И тут мыши с увеличенным производством NR2B обставили
своих нормальных родичей.
Таким образом, связь между явлением долговременной потенциации и
памятью получила новое подкрепление. А NMDA-рецепторы, похоже,
оказались вовлечены не только в процессы памяти, но и в
патологию - другая группа ученых получила мышей с пониженным
содержанием неизменной субъединицы NR1, и обнаружила, что они
демонстрируют классическую картину шизофрении. Впрочем, в народе
давно известно: гений и шизофреник - две вещи вполне совместные.
Ссылки:
- Y.-P.Tang, E.Shimizu, G.R.Dube, C.Rampon, G.A.Kerchner,
M.Zhuo, G.Liu and J.Z.Tsien (1999). Genetic enhancement of
learning and memory in mice. Nature, 401(6748), p.63-69
- T.V.P.Bliss (1999). Young receptors make smart mice. Nature,
401(6748), p.25-27
- A.R.Mohn, R.R.Gainetdinov, M.G.Caron and B.H.Koller (1999).
Mice with reduced NMDA receptor expression display behaviors
related to schizophrenia. Cell, 98(4), p.427-36
Обратно к списку заметок
