Сложность человеческого мозга не имеет аналогов. К счастью, благодаря постоянному прогрессу в нейронауке за последние десятилетия мы начали кое-что в нем понимать. Например, теперь мы знаем, что синапсы нейронов могут претерпевать длительные изменения в ответ на их активность и активность соседних нейронов, и считается, что эта "синаптическая пластичность" является одним из ключевых механизмов обучения и памяти.

Хотя существуют различные типы пластичности нейронов, наиболее изученным является долгосрочное потенцирование (LTP), особенно в гиппокампе (область мозга, связанная с обучением и памятью). На сегодняшний день известно, что гиппокамп получает различные типы возбуждающих сигналов из различных подкорковых областей. Однако до сих пор неясно, подвергаются ли субкортико-гиппокампальные синапсы, работающие с нейротрансмиттерами глутаматом или ГАМК, какой-либо форме LTP и, следовательно, вносят ли такие подкорковые входы вклад в долгосрочную регуляцию активности гиппокампа.

Чтобы пролить свет на этот вопрос, группа ученых из Университета Дошиша (Япония) недавно провела исследование, посвященное пластичности синапсов, идущих от гипоталамического супрамаммиллярного ядра (SuM) к гранулезным клеткам (GCs) области зубчатой извилины гиппокампа (DG).

Как объясняется в статье, опубликованной в журнале Cell Reports 27 декабря 2022 года, группа исследователей стремилась выяснить природу LTP, возникающего в синапсах SuM-GC, как запускается LTP и какие химические вещества и белки в этом участвуют. Исследование проводилось под руководством доцента Юки Хашимотодани при участии аспиранта Химавари Хираи и профессора Такеши Сакаба из Высшей школы наук о мозге Университета Дошиша.

Команда провела ряд экспериментов на мозге генетически модифицированных мышей, нейроны которых были изменены таким образом, чтобы они включались при воздействии света определенных частот (цветов). Один из основных протоколов, который они использовали, был основан на индукции пластичности, зависящей от времени спайка, путем стимуляции пре- и постсинаптических нейронов в течение критического временного окна. Это позволило им проверить тип LTP, возникающего в путях SuM-GC.

Результаты показали, что возбуждающие синапсы SuM-GC подвергаются ассоциативному LTP, а точнее, геббсовскому типу LTP. Проще говоря, при такой форме пластичности нейроны, которые работают вместе, укрепляют свою синаптическую связь, что повышает вероятность того, что в будущем они снова будут работать вместе. Более того, команда обнаружила, что, хотя синапсы SuM-GC выделяют ГАМК и глутамат вместе, только глутаматергическая передача приводит к LTP. Кроме того, они определили синаптические рецепторы, участвующие в этом процессе.

В целом, их исследование может помочь нейробиологам лучше понять связь между СУМ и ДГ. "Наши результаты позволяют предположить, что ассоциативная активность СуМ и ДГ может вызывать LTP в субкортико-гиппокампальных возбуждающих синапсах, что может модулировать активность ГК и вносить вклад в обучение и память, связанные с СуМ-ДГ-путем", - говорит доктор Хашимотодани.

В частности, путь SuM-DG интересен тем, что он имеет отношение ко многим функциям мозга, включая пространственную память, циклы сна/бодрствования, возбуждение и локомоцию. Однако ученые до сих пор не знают, какие типы активности SuM приводят к LTP в синапсах с GC.

"Заманчиво предположить, что в индукции LTP могут участвовать самые разные сигналы из SuM, когда они связаны с активностью ДГ. Поведенческие условия, которые инициируют корреляцию активности SuM и ДГ для индукции LTP, должны быть рассмотрены в будущих исследованиях", - говорит Хашимотодани.