Учёные провели эксперимент по копированию долговременной памяти у морских зайцев путём инъекции РНК


    «Думаю, в долгосрочной перспективе мы возможно сможем использовать инъекции РНК для снижения эффектов болезни Альцгеймера и посттравматических расстроств», — говорит Дэвид Гланцман (David Glanzman), ведущий автор исследования по копированию воспоминаний у морских зайцев, одного из которых биолог держит в руках

    Принято считать, что долговременная память (LTM) у животных кодируется изменениями в силе синаптических связей между нейронами. Передача нервного импульса между клетками осуществляется химическим путём с помощью медиаторов или электрическим путём, посредством прохождения ионов из одной клетки в другую, при этом в ходе синаптической передачи амплитуда и частота сигнала могут регулироваться.

    Но есть и альтернативная версия, что LTM кодируется эпигенетическими изменениями. В таком случае некодирующие РНК могут служить посредником для эпигенетических изменений. Эта версия считается альтернативной, потому что до сих пор собрано мало эмпирических данных в её пользу.

    Что ж, теперь эмпирические данные получены.

    Группа учёных из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе провела успешный эксперимент по передаче долговременных воспоминаний у аплизий — одного из крупнейших представителей заднежаберных моллюсков, которых также называют морскими зайцами. Передача долговременной памяти произведена путём инъекции РНК от сенсибилизированного морского зайца к остальным, которые ранее не переживали такой опыт. Но с помощью инъекции РНК они его «пережили», то есть получили идентичные воспоминания.

    В процессе эксперимента морских зайцев били слабым электрическим током в район хвоста. Зайцы получили пять электрических разрядов, один раз в 20 минут, а затем еще пять с промежутком в 24 часа. Электрические разряды усиливали защитный рефлекс зайца, который он проявляет для защиты от потенциального вреда. Когда впоследствии по улиткам постукивали, то испытавшие ранее удары током сокращались для защиты примерно на 50 секунд — это тип обучения, известный как «сенсибилизация». Не получившие удара током сокращались всего на одну секунду.

    Биологи извлекли РНК из нервной системы обученных морских зайцев, а также из тех, которые не получали ударов. Затем РНК из первой (сенсибилизированной) группы ввели семи зайцам, не получившим никаких ударов, а РНК из второй группы ввели представителям контрольной группы из семи других улиток, которые также не получили никаких ударов.

    Учёные обнаружили, что семь зайцев, которые получили РНК от обученных улиток, вели себя так, словно сами пережили этот опыт: защитное сокращение длилось в среднем около 40 секунд. Как и ожидалось, у контрольной группы улиток не обнаружено длительного сокращения.



    «Если бы долговременная память хранились на синапсах, наш эксперимент не сработал бы», — объяснил Гланцман и добавил, что морской заяц — отличная модель для изучения мозга и памяти, потому что учёные хорошо изучили клеточную биологию этой простой животной формы, на которой традиционно ставят опыты. Клеточные и молекулярные процессы у морского зайца очень похожи на человеческие, хотя у него в центральной нервной системе около 20 000 нейронов, а у человека — около 100 млрд.

    Теперь учёные доказали, что специфическое клеточное изменение, лежащее в основе сенсибилизации у морских зайцев (чрезмерная возбудимость сенсорного нейрона), может быть воспроизведено путём воздействия на сенсорные нейроны РНК от обученных животных. Эти результаты предоставляет доказательства в поддержку несинаптической, эпигенетической модели памяти у морских зайцев.

    Знать механизмы формирования долговременной памяти очень важно для разработки более эффективных моделей обучения. Если долговременная память действительно программируется путём воздействия РНК от обученного животного, то можно создать более эффективные модели тренировки.

    Вместо обучения тысяч объектов можно обучить единственное животное, затем взять у него РНК и произвести инъекции всем остальным животным, которым необходимо передать соответствующий опыт в долговременную память.

    Кроме того, методика открывает поле для экспериментов по «стиранию» ненужных травматических воспоминаний из долговременной памяти. Например, если они приносят боль и страдания животному или вызывают его неправильное поведение, как в случае с выученной беспомощностью. Так можно эффективно «перепрограммировать» поведение живого существа для его собственного блага. Естественно, воспоминания о факте перепрограммирования тоже можно стереть.

    Научная статья опубликована 14 мая 2018 года в журнале eNeuro (doi: 10.1523/ENEURO.0038-18.2018, pdf).
    Поделиться публикацией

    Похожие публикации

    Комментарии 34
      +4
      Так можно эффективно «перепрограммировать» поведение живого существа для его собственного блага. Естественно, воспоминания о факте перепрограммирования тоже можно стереть.

      узнаю собрата-параноика по по одному слову "естественно"…
        +3
        извлекли РНК из нервной системы обученных морских зайцев
        Так как обучали рефлекс у простенькой животинки — больше похоже на перенос мышечной памяти. Учитывая нейропластичность сомневаюсь что будет работать на высшую нервную активность, зато похоже что можно будет сделать «укол улучшения мелкой моторики» или «укол для облегчения обучения игре на пианино».
        Но начало весьма интригующее.
          +1
          я вот тоже подумал что рнк ни при чем, а скорее попали какие-то ферменты или другие метаболиты вместе с иньекцией
          +5

          TL;DR: Некоторые переживания оставляют следы в эпигенетических маркерах в некодирующих РНК.


          «Если бы долговременная память хранились на синапсах, наш эксперимент не сработал бы», — объяснил Гланцман

          Он забыл слово "только" (только на синапсах). В конце концов, эксперимент не опровергает хранение долговременной памяти на синапсах, а только показывает, что она хранится не только на синапсах.

            +3
            Не очень понятно, получается долговременная память записывается в том числе в РНК? Как в таком случае обстоят дела с наследованием РНК? Не получится ли, что по такому случаю могут наследоваться «воспоминания» (пусть на уровне мышечных рефлексов).
            Тут ещё нагуглилась статья, где через внедрение РНК заставляли «умнеть» мышей scfh.ru/news/pamyatka-budushchemu-ottsu-khochesh-umnykh-detey-nagruzhaysya-umstvenno-i-fizicheski И тут есть пометка, что некие микроРНК таки передаются вместе со сперматозоидами.
            Фактически мы уже имеем способ напрямую «программировать» некоторые признаки как на стадии эмбриона, так и получается теперь на стадии взрослой особи.
            И имеем некоторое наследование приобретенных при жизни «умений».
              0
              Человек поставивший минус конечно же просто проходил мимо даже не стараясь вчитаться как в статью, так и в комментарий, не говоря уже о том, что бы возразить, гневно поправить или ответить на вопрос в комментарии.
                +1
                Так же как в случае с эфиром (достатно посмотреть, что сегодня называется «вакуумом»), современное учёное сообщество скорее откусит себе язык, чем признает отдельные заслуги давнишних противников вроде Лысенко.
                  0
                  Тогда надо начать с заслуг фантастов — они столько придумали, что что-то да будет отдалённо похоже на требуемое. А корректное описание и объяснение? Да кому оно, кроме этого глупого научного сообщества, нужно.
                  +1
                  Не получится ли, что по такому случаю могут наследоваться «воспоминания» (пусть на уровне мышечных рефлексов).

                  Думаю, что этот механизм собственно потому и закрепился эволюционно в популяции, что позволил наследовать выученные паттерны поведения. Предполагаю, что таким образом могут закрепляться такие, относительно низкоуровневые, паттерны поведения, как тошнота в ответ на головокружение. Вместо того, чтобы напрямую соединять такую сложную конструкцию как мозжечок с таким комплексным действием как тошнота все элегантно решается сигнальными маркерами, которые управляются эпигенетически и могут наследоваться и закрепляться в популяции.

                    0
                    Отличная теория. Осталось только объяснить механизм передачи РНК с воспоминаниями из клеток центральной нервной системы в половые клетки. Хотя, наблюдая за поведением некоторых индивидов при виде особей противоположного пола, создается впечатление, что их головой мозг утекает в гениталии целиком.
                    0
                    Не совсем понял. Для каждого воспоминания существует своя, отдельная структура РНК? Или воспоинание определяется множеством (структура РНК + нейрон, в котором находится эта РНК)?
                    И да, я понимаю, как РНК может влиять на параметры самого нейрона, но в другие нейроны же всё равно можно передать только либо электрический сигнал, либо порцию нейромедиатора. Таком образом, функционирование РНК-модели памяти может лишь усложнять модель нейрона, но на коннектом влиять не может.

                    Но в любом случае, если эта теория верна, то загрузка сознания становится ещё более сложной процедурой, т.к. одного считывания коннектома недостаточно, придётся из каждого нейрона извлекать РНК и определять, какую функцию они там выполняют.
                      +1
                      Блин, шикарный вброс :-)
                      Оригинал пока не читал, некогда, но предполагаю что исследователи и журналисты имеют ввиду память совершенно разного рода…
                      … память о событиях это одно, а нейрогуморальный баланс совсем другое, и те несчастные, подопытные, зайцы которым кололи злосчастную РНК, не приобретали воспоминаний об ужасных чуваках фигачащих током, а просто чувствовать себя стали, будто током их отфигачили, и реагировать соответственно…
                        –1
                        Ну а чувствовать что тебя только что отфигачили током (без воспоминаний когда именно), и помнить, что тебя вчера отфигачили током это сильна большая разница?
                        Тем более в рамках животных трудно говорить о «воспоминаниях», понятно, что речь больше идёт о приобретенных рефлексах.
                          0
                          Речь не идёт о рефлексах, см коммент ниже…
                            0
                            Смотрю. Коммент про белки стресса? Моего знания английского и гугл перевода к сожалению не хватает для полного понимания оригинала, поэтому сошлюсь на ещё один обзор статьи про сходное исследование, и там никах белков стресса точно нет. scfh.ru/news/pamyatka-budushchemu-ottsu-khochesh-umnykh-detey-nagruzhaysya-umstvenno-i-fizicheski
                              0
                              Тут дело не сколько в знании английского, сколько в понимании предметной области, а точнее отсутствия оного…
                                0
                                Спасибо, что уделили время на предметную область…
                            0
                            чувствовать… и помнить… это сильно большая разница?
                            В одном случае вы просыпаетесь с сильным похмельем и вспоминаете, как провели ночь в компании незнакомых людей, и какие непотребства совершали, попутно постя фотки в соцсети. В другом случае, вы просто испытываете сильное похмелье, потому что ночью незаметно вам ввели в кровь ацетальдегиды и другие продукты распада этанола. Разница существенная?
                            0
                            Полагаю, что Вы немного неверно поняли статью, речь не идет о получении «памяти о переживании» или других моральных страданий.
                            Попробуем упростить, очень гротескно. Вот человек, которому щелкали по носу, я потом отвешивали пинка по пятой точке. Так вот, если Вам подколоть РНК того человека, то после щелчка по носу у Вас будет рефлекторно побаливать задница. Без моральных страданий.
                              0
                              Причём тут моральные страдания, вот покурит человек травку, что изменится?
                              … ощущение мира изменится, а почему, а потому что ТГК на нейроны так действует, а почему, потому что является структурным подобием некоторых нейромедиаторов, довольно компактных, так что и в крови и в моче и чёрт знает где их обнаружить можно…
                              Вот корейцы избивают собак перед тем как скушать, говорят от стресса вкус мяса меняется, ну или восприятие корейцами этого вкуса… А иудеи и мусульмане наоборот, забивают животинку так что-бы она не сильно мчалась, и кровь на всякий случай сливают… В общем каким то образом, уже в древние века человеки про что-то такое догадывались.
                              А тут вот учёные, морских зайцев мучают, и говорят что это дескать передача памяти, хотя это передача состояния, обусловленного нейрогуморальным статусом.
                              С точки зрения химика, эта работа ничем не лучше кастанедовских рассуждений о духах травы, грибов и всего такого прочего :-)
                            +3
                            ОК, ударенные током моллюски стали синтезировать различныек белки стресса, хоть те же HSP. Разумеется, в пробе РНК появилось много молекул РНК, кодирующих эти белки.
                            После иньекции этой РНК в свежий моллюск у него стали синтезироваться эти стрессовые белки. Вот он и стал более пугливым. Ну и? Чем хотели удивить?
                              0
                              А вот для исследователей это не разумеется.
                              We do not understand the reason for the variability of the synaptic effect of the RNA from trained animals. One possibility is that there is as yet unappreciated inhomogeneity among the population of pleural sensory neurons and/or small siphon (LFS) motor neurons that were used for the sensorimotor cocultures;
                                +1
                                Не могу ответить по существу, так как вы не написали, что именно не «разумеется». Не разумеется, что от ударов тока синтезируются стрессовые белки? Или не разумеется, что для синтеза белка (любого) сперва синтезируется кодирующая его РНК?
                                  0
                                  Не разумеется, что эффект переноса «памяти» вызван синтезом белка стресса. И что есть прямая связь между стрессом, нейронами и их влиянию на РНК, и обратная, от РНК на нейроны. Насколько я понимаю, в результате мы имеем структурные изменения в нейронах.
                                  Если бы эта связь была бы очевидной, самого исследования наверно бы и не было.
                                  Выше я привёл ссылку, что через РНК могут переносится не только стресс и защитный механизм на него, но и другие признаки напрямую влияющие на особенности поведения особи.
                                    +1
                                    Я описал простой механизм, который полностью объясняет полученные ими результаты и не противоречит ни одному известному на сегодня факту.
                                    Они объясняют эти же результаты гораздо более замысловато, при этом даже не пытаясь исключить более простые причины.
                                    То есть, их результаты не позволяют отличить эти две теории, но моя простая, а их сложная. Другими словами, если память как-то и передается через РНК, они это не доказали.
                                      0
                                      Допускаю, что вы правы. Я не являюсь хоть каким то специалистом в данной области, однако отмечу ещё один факт. Читаю оригинал через гугл переводчик, и там прямо сказано, что перенос памяти скорей всего связан с микроРНК или с некодирующей РНК. И остаётся открытым вопрос, как голая РНК (naked RNA) попадает в нейроны.
                                      По какой причине не рассматривается ваш вариант, мне не известно.
                                0

                                Тогда это получается как вакцина. После ввода организм будет реагировать почти как на сам источник раздражения.
                                Далее нужно проверить реакции на удары током после подобной вакцинации.

                                0
                                Остается углубить эксперемент — брать серию проб РНК и измерить время необходимое для синтеза этих сигнальны РНК.

                                Кстате ничего не написано про контрольную группу которой делали иньекцию РНК взятую до использования электрического стула.

                                Ждем результатов эксперемента по созданию врожденных безусловных рефлексов.

                                А может быть можно таким методом передавать структурированную информацию — например форму лабиринта?
                                  0
                                  Биологи извлекли РНК из нервной системы обученных морских зайцев, а также из тех, которые не получали ударов. Затем РНК из первой (сенсибилизированной) группы ввели семи зайцам, не получившим никаких ударов, а РНК из второй группы ввели представителям контрольной группы из семи других улиток, которые также не получили никаких ударов.

                                  Нужно было ввести РНК из не обученных особей обученным, интересно, забыли бы они защитную реакцию? Проверили бы заодно это утверждение:
                                  Кроме того, методика открывает поле для экспериментов по «стиранию» ненужных травматических воспоминаний из долговременной памяти.
                                    +4
                                    Тут не хватает слова «очередной раз». Однажды это уже было, и тоже были публикации в Nature:

                                    www.nature.com/articles/209599a0
                                    ALLAN L. JACOBSON, CLIFFORD FRIED & SHELDON D. HOROWITZ
                                    Planarians and Memory: I. Transfer of Learning by Injection of Ribonucleic Acid
                                    Nature v. 209, pp. 599–601 (05 February 1966)
                                    doi:10.1038/209599a0

                                    www.nature.com/articles/2151465a0
                                    RICHARD A. BLOCK & JAMES V. MCCONNELL
                                    Classically Conditioned Discrimination in the Planarian, Dugesia dorotocephala
                                    Nature v. 215, pp. 1465–1466 (30 September 1967)
                                    doi:10.1038/2151465a0

                                    Вторая статья, если судить по названию и аннотации, может показаться не в тему, но в действительности эта публикация в Nature имела цель снять возражения, выдвинутые к экспериментам по переносу памяти, опубликованным в предыдущих статьях в иных журналах, в первую очередь в этом: J. V. McConnell, (1962) Memory transfer through cannibalism in planarium, J. Neuropsychiat. 3 suppl 1 542-548.

                                    Где-то к концу века эти работы уже рассматривались как ошибочные, эксперименты — как неправильно трактованные, хотя были и другие точки зрения. Мне еще в школе рассказывали об этом переносе памяти как о доказанном факте.
                                      0

                                      а может прост найти способ избавиться от супер фосфоризации тау-протеинов?

                                        0
                                        Еще интересно заменяет ли новая обученная РНК, навыки хранящиеся в «старой» (РНК того кому вводят новую) РНК, или же дополняют их, и вообще влияет ли новые навыки на качество старых. Т.е. не выходит ли так что при получении новых навыков от вводимой РНК старые, в той или иной степени, деградируют.
                                          0
                                          Сейчас обмозговываю свою схему нейрона, и эта статья в неё укладывается. Я просто разорвал классическую схему движения деполяризации по мембране: синапс -> аксон, и вставил между ними «химию» клетки. Мне это нужно было для того, чтобы объяснить как локальная деполяризация в больших дендритных деревьях, неспособная дойти до основания аксона, приводит к ПД. То есть, у «моего» нейрона есть внутреннее состояние, которое, во-первых, управляется возбуждением с синапсов, а во-вторых, оно, а не деполяризация от синапсов, приводит к возникновению ПД. Оттуда же растут ноги и фоновой активности нейрона.

                                          Можно предположить, что внутри клетки её химией задаётся чувствительность (порог возбуждения, идущего от синапсов). Тогда всё встаёт на свои места. Сильное возбуждение синапсов сенсорной клетки (от ударов тока) привело к сильному снижению порога внутри клетки. Эту химию перенесли в необученные сенсорные нейроны других аплизий. Теперь и в них порог возбуждения стал низкий, и нейроны стали активно отвечать на стимул, который до переноса был недостаточно сильный.
                                            0
                                            Привет, «умение кидать мяч» и «съедобные тигры»

                                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                            Самое читаемое