Как плодовые мушки формируют ориентационную память

Исследователи из Университета Иоганна Гутенберга в Майнце изучили биохимические основы пространственной рабочей памяти у Drosophila melanogaster. Они обнаружили, что в передаче сигналов между нервными клетками, лежащей в основе этой памяти, важную роль играют два газообразных нейромедиатора: оксид азота (NO) и сероводород (H2S).

Механизм памяти

  • Кратковременная рабочая память о направлении движения хранится в небольшой группе кольцевых нейронов в эллипсоидном теле центрального мозга мухи.
  • Эта память позволяет мухе, если её сбивают с курса, вернуться к первоначальному направлению в течение примерно 4 секунд.
  • Эллипсоидное тело разделено на 16 сегментов, каждый из которых соответствует определённой пространственной ориентации.

Роль газообразных медиаторов

  • Газообразные медиаторы (NO и H2S) не передают сигнал через синаптическую щель, а могут диффундировать прямо через мембрану соседних нервных клеток.
  • Ранее было известно, что NO необходим для обратной связи между нейронами при формировании памяти. Новое исследование показало, что он также действует как вторичный посредник, усиливая выходные сигналы нейронов.
  • Сероводород (H2S), вопреки прежним представлениям о его вредности для нервной системы, оказался также важным вторичным посредником. «Мы были абсолютно поражены, обнаружив, что для памяти важны два газообразных нейромедиатора», — отметил профессор Роланд Штраусс.

Биохимический путь передачи сигнала

Учёные предполагают, что процесс работает так:

  1. Муха видит точку ориентации и движется к ней, при этом образуется оксид азота (NO).
  2. NO стимулирует фермент, синтезирующий циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ).
  3. NO или цГМФ накапливаются в сегменте эллипсоидного тела, соответствующем исходному направлению мухи.
  4. Если муха теряет из виду точку ориентации и временно замечает другую, она может вернуться на первоначальный курс благодаря накоплению NO или цГМФ в «правильном» сегменте.

Ключевое условие: Воспоминание активируется только если муха теряет из виду и вторую точку ориентации. «Функция воспоминания становится актуальной, только когда больше нечего видеть, и служит ориентации до 4 секунд», — пояснила ведущий автор работы доктор Сара Кунц. Эллипсоидное тело сохраняет «резервную копию», чтобы перекрыть такие краткие перерывы. Более длительная память не имеет смысла, так как сами ориентиры могут двигаться.

2017-03-07