Нейропсихология для психологов
17 ноября 2024
Всероссийская конференция «Мозг и интеллект»
4–5 декабря на базе Института клинической психологии и социальной работы Пироговского Университета состоится научно-практическая встреча. Мероприятие посвящено 95-летию со дня рождения Любови Семёновны Цветковой — советского и российского психолога, специалиста в области нейропсихологии.
8 ноября 2024
Мозг создает резервные копии: Новое исследование показывает наличие нескольких копий воспоминаний.
Ученые из Базельского университета обнаружили, что наш мозг создает не одну, а три отдельные копии каждого воспоминания. Исследование, опубликованное в журнале Science, показывает, что разные группы нейронов в гиппокампе – области мозга, играющей ключевую роль в обучении, – хранят параллельные версии одного и того же воспоминания. Каждая копия служит уникальной цели, позволяя нашему мозгу балансировать между необходимостью долгосрочного запоминания и гибкостью обновления информации при возникновении новых ситуаций.
Доктор Флавио Донато и его команда из Биоцентра Базельского университета использовали мышиные модели для изучения того, как память хранится и развивается с течением времени. Они обнаружили, что нейроны, рожденные на разных стадиях эмбрионального развития, играют разные роли в формировании и восстановлении памяти.
Нейроны, рожденные на поздних стадиях, создают яркую, краткосрочную копию памяти, которая легко доступна, но быстро исчезает. Эта версия очень податлива, что позволяет быстро обновлять ее на основе новой информации. Напротив, нейроны, рожденные в раннем возрасте, формируют долгосрочную копию, которая укрепляется со временем, но становится более устойчивой к изменениям.
Третья группа нейронов, рожденная между этими двумя крайностями, создает более стабильную, среднесрочную копию памяти. Такой многоуровневый подход позволяет мозгу поддерживать хрупкий баланс между сохранением важной информации и адаптацией к новым обстоятельствам.
“То, как динамично хранятся воспоминания в мозге, доказывает пластичность мозга, которая лежит в основе его огромной емкости памяти”, – объясняет Вилде Квейм, первый автор исследования.
Последствия: От посттравматического стрессового расстройства до болезни Альцгеймера
Понимание того, как мозг управляет несколькими копиями памяти, может иметь далеко идущие последствия для лечения различных неврологических и психиатрических заболеваний. Например, это исследование может предложить новые способы смягчения травматических воспоминаний при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) или разработать стратегии сохранения памяти при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера.
Доктор Донато подчеркивает сложность системы памяти мозга: “Задача, стоящая перед мозгом при запоминании, весьма впечатляет. С одной стороны, он должен помнить, что произошло в прошлом, чтобы помочь нам разобраться в мире, в котором мы живем. С другой стороны, он должен адаптироваться к изменениям, происходящим вокруг нас, как и наша память, чтобы помочь нам сделать правильный выбор для нашего будущего”.
Исследование также поднимает интригующие вопросы о человеческой памяти. Например, исследователи предполагают, что у людей некоторые воспоминания могут стать доступными только через некоторое время после первоначального опыта, когда долгосрочная копия, хранящаяся в нейронах раннего возраста, набирает силу.
Почему это важно
Это исследование дает новую основу для понимания того, как наш мозг хранит и обновляет информацию. Раскрывая сложный танец между различными типами копий памяти, оно позволяет понять, как происходит обучение, принятие решений и наша способность адаптироваться к изменяющимся условиям. Эти открытия могут проложить путь к новым методам лечения расстройств памяти и даже помочь нам разработать более эффективные стратегии обучения. Продолжая исследования в этой области, ученые надеются получить более глубокое понимание механизмов, которые управляют кодированием и изменением памяти. Потенциально эти знания могут привести к разработке мероприятий, которые помогут людям, борющимся с навязчивыми воспоминаниями, или методов восстановления воспоминаний, которые когда-то считались утраченными.
Ссылка на научную статью: Vilde A. Kveim et al., Divergent recruitment of developmentally defined neuronal ensembles supports memory dynamics.Science (2024). DOI: 10.1126/ science. adk0997
Иллюстрация. Нейроны раннего возраста (пурпурные) в гиппокампе создают долговременную копию воспоминаний. Базельский университет.
Похмелье нарушает когнитивные функции, необходимые для вождения автомобиля
Трудность изучения похмелья заключается в том, чтобы отделить эффекты похмелья от эффектов алкогольной интоксикации. Недавний консенсус врачей определил похмелье как «психические и физические симптомы, испытываемые на следующий день после одного эпизода чрезмерного употребления алкоголя, начинающиеся, когда концентрация алкоголя в крови приближается к нулю».
Поэтому метаанализ, опубликованный в журнале Addiction, охватывает лишь те исследования, в которых сообщалось о когнитивных эффектах на следующий день после употребления большого количества алкоголя у людей с уровнем алкоголя в крови < 0,02%. Такое количество входит в рамки самых строгих законов по допустимому уровню алкоголя в крови при вождении, за исключением тех стран, где допустимый уровень алкоголя в крови составляет 0%.
Ссылка на метаанализ: Craig Gunn et. al.. A systematic review of the next-day effects of heavy alcohol consumption on cognitive performance. doi 10.1111/ add.14404
Для понимания нижепредставленных данных следует знать, что “Hedges G” – это размер эффекта, который показывает, насколько сильно одна группа отличается от другой — обычно это разница между экспериментальной и контрольной группами. Интерпретация значений эффекта такова:
Малый эффект (не видно невооруженным глазом) = 0,2;
Средний эффект = 0,5;
Большой эффект (видно невооруженным глазом) = 0,8.
Все эти исполнительные функции и долговременная память важны для безопасного вождения. Поэтому неудивительно, что ряд исследований свидетельствуют об ухудшении способности управлять транспортным средством утром на следующий день после ночи обильного употребления алкоголя, даже для лиц с нулевым уровнем алкоголя в крови.
(см. The Impact of Alcohol Hangover on Simulated Driving Performance during a ‘Commute to Work’—Zero and Residual Alcohol Effects Compared
PMID: 32408588 ).
Работающая в Массачусетском технологическом институте (США) нейробиолог и инженер Полина Аникеева рассказала: «Мы смотрим, как мы можем изучать и в конечном итоге лечить стрессовые расстройства путем модуляции функции периферических органов, а не делать что-то высокоинвазивное в центральной нервной системе».
Исследование проведено в США под руководством профессора Полины Аникеевой, когда-то получившей специальность биофизика в Санкт-Петербургском политехническом университете.
Американские учёные рассмотрели идею лечения заболеваний головного мозга путем манипулирования органами, находящимися вне центральной нервной системы. Они смогли дистанционно контролировать высвобождение гормонов у крыс.
Аномальные уровни гормонов стресса, таких как адреналин и кортизол, связаны с различными психическими расстройствами, включая депрессию и посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР). Исследователи из Массачусетского технологического института в настоящее время разработали способ дистанционного контроля высвобождения этих гормонов из надпочечников с помощью магнитных наночастиц (показаны белыми квадратами на иллюстрации).
Этот подход может помочь ученым узнать больше о том, как высвобождение гормонов влияет на психическое здоровье, и в конечном итоге может предложить новый способ лечения гормон-связанных расстройств, говорят исследователи.
«Мы смотрим, как мы можем изучать и в конечном итоге лечить стрессовые расстройства путем модуляции функции периферических органов, а не делать что-то высокоинвазивное в центральной нервной системе», – говорит Полина Аникеева, профессор материаловедения и инженерии в Массачусетском технологическом институте, которая также специализируется на изучении мозга и когнитивных науках.
Ученые разработали специализированные магнитные наночастицы, которые можно вводить в надпочечники. При воздействии слабого магнитного поля частицы слегка нагреваются, активируя чувствительные к теплу каналы, которые запускают выделение гормонов. Эта техника может быть использована для стимуляции органа в глубине тела с минимальной инвазивностью. Исследование опубликовано в журнале Science Advances .
Ссылка на научную статью:
Transgene-free remote magnetothermal regulation of adrenal hormones
DOI: 10.1126/ sciadv.aaz3734
Контроль гормонов
Лаборатория Аникеевой ранее разработала несколько новых магнитных наноматериалов, в том числе частицы, которые могут высвобождать лекарства в определенное время в определенных местах тела.
В новом исследовании исследовательская группа рассмотрела идею лечения заболеваний головного мозга путем манипулирования органами, находящимися вне центральной нервной системы, но влияющими на нее посредством высвобождения гормонов. Одним из хорошо известных примеров является ось гипоталамус-гипофиз-надпочечник, которая регулирует реакцию на стресс у млекопитающих. Гормоны, выделяемые надпочечниками, в том числе кортизол и адреналин, играют важную роль в депрессии, стрессе и тревоге.
«Некоторые расстройства, которые мы считаем неврологическими, можно лечить с периферии, если мы сможем научиться модулировать эти локальные контуры, а не обращаться к глобальным контурам в центральной нервной системе», – говорит Аникеева.
В качестве мишени для стимулирования высвобождения гормонов исследователи выбрали ионные каналы, которые контролируют поступление кальция в клетки надпочечников. Эти ионные каналы могут быть активированы различными стимулами, включая нагрев. Когда кальций течет через открытые каналы в клетки надпочечников, клетки начинают выделять гормоны. «Если мы хотим модулировать высвобождение этих гормонов, мы должны иметь возможность существенно модулировать приток кальция в клетки надпочечников», – говорит Розенфельд, соавтор исследования.
В отличие от предыдущих исследований группы Аникеевой, в этом исследовании магнитотермическая стимуляция применялась для модуляции функции клеток без искусственного введения каких-либо генов.
Чтобы стимулировать эти чувствительные к теплу каналы, которые естественным образом встречаются в клетках надпочечников, исследователи разработали наночастицы из магнетита, типа оксида железа, который образует крошечные магнитные кристаллы примерно на 1/5000 толщины человеческого волоса. Они обнаружили, что эти частицы введенные непосредственно в надпочечники крыс могут оставаться там в течение по крайней мере шести месяцев. Когда крысы подвергались воздействию слабого магнитного поля – около 50 миллитесла, что в 100 раз слабее, чем поля, используемые для магнитно-резонансной томографии (МРТ), – частицы нагревались примерно на 6 градусов Цельсия, что достаточно для запуска кальциевых каналов без повреждения каких-либо окружающих тканей.
Термочувствительный канал, на который они нацелены, известный как TRPV1, обнаружен во многих сенсорных нейронах по всему телу, включая болевые рецепторы. Известно, что каналы TRPV1 могут активироваться капсаицином.
Эта стимуляция вызвала удвоение выработки кортизола и повышение уровня норадреналина примерно на 25 процентов. Это привело к значительному увеличению частоты сердечных сокращений у животных.
Лечение стресса и боли
В настоящее время исследователи планируют использовать этот подход для изучения того, как выброс гормонов влияет на ПТСР и другие расстройства, и говорят, что в конечном итоге он может быть адаптирован для лечения таких расстройств.
Другая область, в которой эта стратегия может быть перспективной, – это лечение боли, поскольку чувствительные к теплу ионные каналы часто обнаруживаются в болевых рецепторах.
«Возможность модулировать болевые рецепторы с помощью этой техники потенциально позволит нам изучать боль, контролировать боль и в будущем иметь некоторые клинические применения, которые, мы надеемся, могут предложить альтернативу лекарствам или имплантатам для лечения хронической боли», – говорит Аникеева.
Источник: сайт Массачусетского технологического института.
Справка.
Полина Олеговна Аникеева (родилась в 1982 году) — американский ученый-материаловед и нейробиолог российского происхождения, профессор материаловедения и инженерии, а также наук о мозге и когнитивных наук в Массачусетском технологическом институте (MIT). Она также является сотрудником Институте исследований мозга Макговерна. Ее исследования сосредоточены на разработке инструментов для изучения молекулярных и клеточных основ поведения и неврологических заболеваний. Она была награждена премией Vilcek Foundation Prize за творческие перспективы в области биомедицинской науки 2018 года, стипендией MacVicar Faculty Fellowship 2020 года в MIT.
Полина Аникеева родилась в Санкт-Петербурге (тогда Ленинград), в семье инженеров. В 12 лет Аникеева поступила в физико-технический лицей. Она изучала биофизику в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете. Во время обучения в бакалавриате она также прошла программу обмена в Швейцарской высшей технической школе Цюриха, где научилась анализировать структуру белков с помощью методов спектроскопии.
После окончания университета в 2003 году Аникеева провела год, работая в отделении физической химии в Лос-Аламосской национальной лаборатории, где она разрабатывала фотоэлектрические элементы на основе квантовых точек. В 2004 году она поступила в докторантуру по материаловедению и инжинирингу в Массачусетском технологическом институте в лаборатории органической электроники Владимира Буловича. Работая над диссертацией, она стала ведущим автором статьи , в которой сообщалось о методе создания светоизлучающих устройств на основе квантовых точек с электролюминесценцией, настраиваемой в видимом спектре (от 460 нм до 650 нм).
См. статью: "Quantum Dot Light-Emitting Devices with Electroluminescence Tunable over the Entire Visible Spectrum". 2009. doi: 10. 1021/ nl9002969.
Результаты её докторского исследования в целях коммерческого использования было приобретено фирмой, которая которая специализируется на индустрии дисплеев (данную фирму в итоге перекупила-поглотила Samsung).
После этого Аникеева стала постдокторантом в Стэнфордском университетe, в нейробиологической лаборатории Карла Дейссерота, где она изучала устройства для оптической стимуляции и исследования нейронных сетей. Лаборатория Дейссерота была пионером в области оптогенетики , в сфере использования светочувствительных ионных каналов для модуляции нейронной активности. Полина Аникеева в данной лаборатории работала над объединением тетродов, электронных модальностей, используемых для записи нейронной активности, с оптическими волноводами для создания оптетродов.
Она вернулась в 2011 году в Массачусетский технологический институт в 2011 в качестве Associate Professor. Лаборатория Аникеевой, которая известна как Bioelectronics@MIT, разрабатывает инструменты для изучения нервной системы и управления нервной системой. Сотрудники лаборатории проводят исследования на стыке материаловедения, электроники и нейробиологии.
