Вот забавный мысленный эксперимент: если ваши воспоминания хранятся в физических связях между нейронами, и эти связи стираются, как космическая пыль, должны ли ваши воспоминания выжить? По-видимому, да — по крайней мере, если вы мышь, которую искусственно погрузили в спячку. Новое исследование в Science предполагает, что воспоминания могут пережить полное уничтожение тех самых синапсов, которые предположительно их хранят. Танос был бы в ярости.

Общепринятая мудрость в нейронауке гласит, что обучение физически укрепляет и увеличивает связи между нейронами, и эти изменения и составляют память. Загвоздка: эти связи пластичны, то есть постоянно меняются. Как выразился Кадзумаса Танака, нейробиолог из Университета аспирантуры Окинавского института науки и технологий в Японии, «если сравнить расположение этих связей в первый день с тем же на четвертый или пятый день, оно очень, очень отличается». Чтобы увидеть, как память, которая длится годами, может размещаться на оборудовании, которое меняется каждые несколько дней, команда Танаки решила сделать изменение более драматичным. Они вызвали у мышей состояние, подобное спячке, которое фактически стерло более половины их синапсов. Мыши, однако, по-видимому, сохранили свои воспоминания. Потому что, конечно, сохранили.

Спячка обычно является специальностью белок, хомяков и медведей, но нейронная цепь, которая ее запускает, консервативна у всех млекопитающих — даже у видов, которые никогда не впадают в спячку в дикой природе, таких как мыши. В июне 2020 года команда под руководством Такеши Сакураи, нейробиолога из Университета Цукубы и соавтора исследования Танаки, разработала технику искусственной активации этой цепи путем стимуляции популяции нейронов, называемых Q-нейронами, в гипоталамусе. Результатом является состояние, названное QIH, что означает гипотермию и гипометаболизм, индуцированные Q-нейронами.

«С помощью нашего протокола мы можем снизить температуру тела мышей примерно до 20° по Цельсию, а частота сердечных сокращений и дыхания также значительно снижается», — объясняет Танака. Считается ли это настоящей спячкой, зависит от точки отсчета: медведи снижают метаболические потребности, но сохраняют температуру тела около 36–37° по Цельсию, в то время как некоторые белки впадают в глубокую спячку, когда температура их тела приближается к точке замерзания. «Искусственная спячка находится где-то в середине этого спектра», — говорит Танака.

Самое важное в QIH — это то, что его можно включать и выключать по желанию. В экспериментах Танаки мыши провели 48 часов в состоянии, подобном спячке, а затем проснулись. Для их синапсов эти 48 часов сработали как щелчок Таноса.

Чтобы измерить синаптическую бойню, команда Танаки имплантировала тетроды — пучки тонких электродов — в гиппокамп свободно движущихся мышей, что позволило им регистрировать активность отдельных нейронов. Они обнаружили, что активность упала примерно на 70 процентов после наступления спячки. Ткани мозга также визуализировались с помощью серийной блочной сканирующей электронной микроскопии до, во время и через несколько дней после спячки. Оказалось, что спячка уничтожила более половины синапсов — что, в принципе, должно было стереть большую часть воспоминаний. «Если принять, что следы памяти находятся в эффективности отдельных синапсов, то при потере более половины синаптических связей, конечно, ожидалось бы ухудшение памяти впоследствии», — говорит Танака. Но команда не обнаружила такого ухудшения.

Перед спячкой мышей обучали двум стандартным задачам на память: контекстному обусловливанию страха (ассоциация ящика с легким электрическим ударом) и задаче на плюс-лабиринт (обучение навигации к награде). Обе задачи зависят от гиппокампальной памяти, что было подтверждено созданием поражения в этой области после обучения, которое привело к исчезновению воспоминаний. Но когда мыши, подвергшиеся QIH, были разбужены, они справились так же хорошо, как и не впадавшие в спячку мыши. «Что мы обнаружили в этих двух различных поведенческих парадигмах, так это то, что память была полностью сохранена», — утверждает Танака.

Выживание этих воспоминаний также было