Автореферат и диссертация по медицине (14.00.17) на тему:Феномен реконсолидации памяти при ее извлечении

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ МЕДИЦИНСКИХ НАУК

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ НОРМАЛЬНОЙ ФИЗИОЛОГИИ им. П.К.АНОХИНА

Литвин Оксана Олеговна

ФЕНОМЕН РЕКОНСОЛИДАЦИИ ПАМЯТИ ПРИ ЕЕ ИЗВЛЕЧЕНИИ: РОЛЬ АКТИВАЦИИ ЫМйА-РЕЦЕПТОРОВ И СИНТЕЗА БЕЛКА

14.00.17 - Нормальная физиология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор медицинских наук К.В.Анохин

На правах рукописи УДК 591.513

Москва 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

1. Введение....................................................................................................................................................1

1.1. Актуальность исследования........................................................................................1

1.2. Цели и задачи исследования......................................................................................3

1.3. Научная новизна..........................................................................................3

1.4. Научно-практическое значение работы..................................................4

2. Обзор литературы........................................................................................................................6

2.1. Введение........................................................................................................................................................6

2.2. Консолидация памяти: теория и экспериментальные подтверждения....................................................................................................................................7

2.3. Нарушение памяти через длительные сроки после обучения........................................................................................................................................................9

2.4. Гипотезы о реконсолидации памяти............................................................20

2.5. Молекулярные механизмы консолидации долговременной памяти....................................................................................................23

2.6. Резюме и постановка целей и задач настоящего исследования...........................................................................37

3. Материалы и методы..............................................................................................................39

3.1. Животные и методика обучения............................................39

3.2. Вещества и способы введения................................................................................41

4. Результаты................................................................................................................................................43

4.1. Нарушение памяти циклогексимидом на фоне процедуры напоминания через длительное время

после обучения цыплят пассивному избеганию......................43

4.2. Нарушение памяти блокатором ИМБА-рецепторов МК-801 на фоне процедуры напоминания через длительное время после обучения цыплят пассивному избеганию........................................................................................................54

4.3. Нарушение памяти блокатором КМБА-рецепторов МК-801 на фоне процедуры напоминания через 24 часа после обучения крыс пассивному избеганию....... 64

5. Обсуждение результатов.................................................. 72

5.1. Нарушение памяти циклогексимидом на фоне процедуры напоминания через длительное время

после обучения цыплят пассивному избеганию........... 72

5.2. Нарушение памяти блокатором КМБА-рецепторов МК-801 на фоне процедуры напоминания через длительное время после обучения цыплят пассивному избеганию.................................................... 86

5.3. Нарушение памяти блокатором КМВА-рецёпторов МК-801 на фоне процедуры напоминания через 24

часа после обучения крыс пассивному избеганию....... 93

5.5. Заключение....................................................................... 96

6. Выводы.............................................................................. 97

7. Список литературы.......................................................... 99

1.ВВБДЕНИЕ

1.1. Актуальность исследования

Одним из фундаментальных свойств нервной системы является способность к длительному хранению следов памяти. При этом было показано, что память не приобретается в окончательной форме: она может быть изменена впоследствии (Izquierdo, 1989). Считается, что причиной для изменений ранее приобретенного опыта может стать его извлечение (Boiges, 1983; Spear and Mueller, 1984), повторное приобретение опыта (Dreyfus and Dreyfus, 1984), фантазии (Neisser, 1982), патологическое состояние (Izquierdo et al., 1988) или сны (Seligman, 1987), даже через дни или месяцы после того, как он приобретен. Однако, несмотря на важную биологическую роль реорганизации ранее приобретенного опыта, молекулярные механизмы этого процесса изучены очень мало. В частности, неизвестно, отличаются ли молекулярные механизмы реорганизации памяти от механизмов формирования нового опыта.

В настоящее время многие из механизмов формирования памяти считаются расшифрованными (Анохин, 1997; Goelet et al., 1986; Gibbs, 1991; Rosenzweig et al., 1991; Rose, 1991a; 1995; 1996; DeZazzo and Tully, 1995; Abel et al., 1995; Bailey et al., 1996), на основании чего была предложена схема каскада молекулярных процессов, лежащих в основе консолидации памяти, то есть перехода ее из кратковременной в долговременную форму хранения (Goelet et al., 1986; Ng and Gibbs, 1991; Rose, 1991a; Izquierdo and Medina, 1997). Необходимость каждого из элементов этой цепи была показана путем использования агентов, специфически блокирующих отдельные этапы каскада (Gibbs and Ng, 1977; Davis and Squire, 1984; Patterson et al., 1986; Rose and Jork, 1987; Ali et al., 1988; Burchuladze and Rose, 1992; Zhao et al., 1994; Clements et al., 1995; Zhao et al., 1995; Mileusnic et al., 1996). При этом, считается, что продолжительность данного каскада молекулярных процессов в клетках ограничена сроками до нескольких часов после обучения, после чего след памяти становится стабильным и не поддается нарушению ни одним из блокаторов вышеперечисленных этапов

консолидации памяти (Rose, 1991; Goelet et al., 1986; Allweis, 1991; Anokhin, 1997).

Вместе с тем, имеются отдельные данные, свидетельствующие о возможности экспериментального нарушения памяти через сроки, значительно превышающие длительность вышеупомянутого каскада. Так, в работах на крысах показано, что воздействия электроконвульсивным шоком или гипотермией, нанесенные через 24 часа после обучения, нарушали память в том случае, если воздействию предшествовало короткое предъявление одного из компонентов ситуации обучения (Misanin et al., 1968; De Vietti and Holliday, 1972; Lewis and Bregman, 1973). Такая процедура предъявления одного из компонентов обучения была названа напоминанием; при нанесении ЭКШ или гипотермического воздействия без напоминания вышеуказанный амнестический эффект не наблюдался.

Эти данные указывают на то, что при процедуре напоминания происходит реактивация памяти, во время которой она реорганизуется и вновь становится чувствительной к воздействиям, нарушающим консолидацию памяти. Ранее уже высказывались гипотезы о том, что в момент реактивации может происходить интеграция новой информации в уже функционирующую память, сопровождающаяся своим собственным периодом фиксации (Lewis, 1976), и, фактически, было выдвинуто предположение о том, что вследствие реактивации запускается второй период консолидации памяти (Spear et al., 1980), то есть, происходит так называемая «реконсолидация» памяти (Spear, 1973; Przybyslawski and Sara, 1997). Однако, какие именно из известных механизмов консолидации памяти вовлекаются в эти процессы "реконсолидации" памяти, в настоящее время изучено мало. Также, мало известно о том, насколько этот феномен распространен среди различных классов животных.

1.2. Цель и задачи исследования

Перед работой была поставлена цель:

Исследовать вовлечение классических стадий молекулярного каскада консолидации памяти в процессы реконсолидации памяти при действии процедуры напоминания в моделях обучения пассивному избеганию у цыплят и крыс.

Один из первых этапов молекулярного каскада консолидации памяти - активация глутаматных NMDA-рецепторов - и один из

заключительных этапов - синтез белков -_были—выбраны нами,

поскольку они являются наиболее детально изученными в настоящее время (Davis and Squire, 1984; Freeman et al., 1995; Jerusalinsky et al., 1992; Rickard et al., 1994; Ng et al., 1997)

Поэтому конкретными задачами работы было:

1. Исследовать возможность нарушения памяти внутримозговым введением ингибитора синтеза белка циклогексимида на фоне напоминания через длительные сроки после обучения цыплят пассивному избеганию.

2. Исследовать возможность нарушения памяти внутримозговым и внутрибрюшинным введением неконкурентного блокатора NMDA рецепторов МК-801 на фоне напоминания через длительные сроки после обучения цыплят пассивному избеганию. ___________

3. Исследовать возможность нарушения памяти внутрибрюшинным введением МК-801 через 24 часа после обучения крыс пассивному избеганию на фоне напоминания.

1.3. Научная новизна

Впервые установлено, что через длительное время (через 2, 24 и 48 часов) после обучения в модели пассивного избегания у цыплят, память может быть нарушена внутримозговым введением ингибитора синтеза белка циклогексимида на фоне процедуры напоминания.

Впервые показано, что через 2 часа после обучения цыплят пассивному избеганию, память может быть нарушена внутримозговым введением блокатора ЯМБА-рецепторов МК-801 на фоне процедуры напоминания. Впервые установлено, что через 2 и 24 часа после обучения цыплят пассивному избеганию, память может быть нарушена внутрибрюшинным введением блокатора ИМБА-рецепторов МК-801 на фоне процедуры напоминания.

В работе впервые показано, что возможность нарушения памяти блокатором синтеза белка, введенным на фоне напоминания, убывает от 2 до 48 часов после обучения. Возможность нарушения памяти блокатором КМБА-рецепторов на фоне напоминания также убывает в интервале от 2 до 24 часов после обучения.

Кроме того, показано, что память, нарушенная ингибитором синтеза белка и блокатором КМОА-рецепторов на фоне напоминания, со временем (к 3-48 часам после напоминания) самопроизвольно восстанавливается. Причем это восстановление происходит тем быстрее, чем больше интервал времени между обучением и напоминанием.

В работе также впервые установлено, что через 24 часа после обучения крыс пассивному избеганию, память может быть нарушена внутрибрюшинным введением блокатора ЫМБА-рецептров МК-801 на фоне процедуры напоминания, причем нарушается только декларативный, но не процедуральный компонент памяти.

1.4. Научно-практическое значение работы

Результаты настоящей работы существенно_______^углубляют

представления о молекулярных механизмах, обеспечивающих реорганизацию памяти через длительные сроки после обучения. Полученные данные указывают на возможность воздействия на след памяти через длительное время (до 48 часов) после его приобретения. Это открывает возможность направленного поиска новых фармакологических средств, регулирующих когнитивную деятельность.

Полученные результаты об убывании возможности нарушения памяти амнестическими агентами, введенными на фоне напоминания в интервале от 2 до 48 часов после обучения пассивному избеганию у цыплят, указывают на существование градуального процесса консолидации памяти в данной модели обучения. Эти данные позволяют предположить, что у птиц может существовать длительная фаза консолидации памяти, сходная с продолжительным периодом консолидации декларативной памяти у млекопитающих (т.н. «поздняя трансформация»). Существенную теоретическую ценность представляет выявление сходной динамики развития амнезии при внутрибрюшинном и внутримозговом, в промежуточный медиальный вентральный гиперстриатум (ПМВГ) введении блокатора КМБА-рецепторов через длительные сроки после обучения цыплят пассивному избеганию. Эти данные позволяют высказать предположение о критической важности области ПМВГ не только в запуске процесса консолидации памяти, но и в запуске ее реконсолидации после извлечения.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1.ВВЕДЕНИЕ

Интерес к тому, по каким законам изменяется однажды приобретенная память, возник давно. Первая работа, положившая начало исследованиям в этой области - «Память: экспериментальное и социальное психологическое исследование», была написана сэром Фредериком Бартлетом в 1932 году. В этой работе Бартлет выдвинул концепцию о том, что память о прошлых событиях и опыте в действительности является ментальной реконструкцией, которая зависит от культурных предпосылок и личной истории конкретного индивидуума, а не является прямым вспоминанием наблюдений. В своих экспериментах, начатых в 1914 году, Бартлет показал, что очень небольшая часть события в действительности воспринимается во время того, как оно имеет место, но что при реконструкции памяти, пробел наблюдения и восприятия заполняется с помощью предыдущего опыта (Bartlett, 1932). Бартлет предлагал испытуемым прослушать текст или просмотреть рисунки, которые содержали необычные для культуры испытуемого фрагменты (например, предлагал людям, воспитанным в традициях европейской культуры, прослушать историю из жизни индейцев или просмотреть египетские иероШ1фы)7Т1ритестировании с использованием метода повторной репродукции (заключавшийся в том, что через недели и месяцы одному и тому же испытуемому было многократно предложено воспроизвести данный материал), Бартлет обнаружил, что информация в конце эксперимента оказывалась сильно измененной. И то, как именно она изменялась, в частности, зависело от предшествующих представлений испытуемых (Bartlett, 1932).

К настоящему времени накоплено значительное количество данных о модификации памяти при ее повторных извлечениях у людей (Buckhout, 1974; Loftus et al., 1978; Loftus and Palmer, 1974; Loftus and Yuille, 1984; Neisser, 1982). Однако, ни Бартлет в начале века, ни более

поздние исследователи не задавались вопросом, какие нейрофизиологические механизмы могут -лежать в~ основе того, что память через длительное время после обучения может изменяться в связи с извлечением.

В 1950-х - 1990-х годах возникли объективные предпосылки для изучения нейрофизиологических механизмов реорганизации памяти. Таких предпосылок было четыре:

(1) возникновение и широкое признание теории консолидации памяти (и получение экспериментальных данных по "градиенту

и ич

ретроградной амнезии )

(2) открытие феномена "амнезии, зависящей от напоминания" -т.е. возможности нарушения памяти через длительные сроки после обучения на фоне предъявления одного из компонентов ситуации обучения ____________________

(3) возникновение гипотезы о повторной консолидации или реконсолидации памяти,

(4) расшифровка ряда механизмов каскада консолидации памяти.

2.2. КОНСОЛИДАЦИЯ ПАМЯТИ: ТЕОРИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ

Первыми гипотезу о консолидации памяти предложили Мюллер и Пильзекер в 1900 году. Они предположили, что след памяти реверберирует в мозгу, пока не становится консолидированным, и пока этот процесс происходит, след чувствителен к нарушению. Слово консолидация использовалось в смысле "укрепление, затвердение" (Muller and Pilzecker, 1900). Гипотеза Мюллера и Пильзекера, ставшая известной как гипотеза "консолидации-реверберации", была развита Хеббом (НеЪЬ, 1949), а впоследствии МакГоу (McGaugh, 1966; 1983) и другими. Хебб предположил, что ревербераторные электрические процессы могут поддерживать память до тех пор, пока не будет сформирована более прочная "структура". Таким образом, его модель

подразумевала две последовательные стадии, где стадия кратковременной памяти являлась предшественницей долговременной памяти и запускала ее (Hebb, 1949). В том же 1949 году Дунканом были получены первые экспериментальные данные на животных, показывающие, что воспроизведение в тесте является функцией интервала между обучением и нанесением электрокбнвульсивного шока (ЭКШ) (Duncan, 1949); чем ближе было нанесение ЭКШ к моменту обучения, тем хуже было воспроизведение. Эта функция была названа "градиентом ретроградной амнезии", и в то время она была одним из наиболее полно изученных феноменов в литературе о памяти. В обзоре, охватывающем литературу по нарушению памяти ЭКШ в экспериментах на животных, Гликман пришел к заключению, что этот градиент отражает период консолидации следа памяти (Glickman, 1961). МакГоу обобщил данные по нарушению памяти ЭКШ и другими амнестическими агентами (глубокой анестезией, нанесением на кору мозга хлорида калия, вызывающего распространяющуюся депрессию, ингибитором синтеза белка пуромицином), а также улучшению памяти

введением некоторых фармакологических веществ____(стрихнина,

пикротоксина, амфетамина) в течение некоторого периода после обучения и пришел к выводу, что экспериментальные данные свидетельствуют о том, что долговременный след опыта не полностью фиксируется, консолидируется или кодируется во время приобретения опыта. Он заключил, что консолидация требует времени: так как на протяжении нескольких часов после приобретения опыта память чувствительна к большому количеству воздействий, как нарушающих, так и усиливающих память (McGaugh, 1966). МакГоу основывал свои заключения на экспериментальных данных, которые свидетельствовали о том, что после окончания периода консолидации память нельзя нарушить (McGaugh, 1966). Однако, в 1960-х - 1970-х годах появились новые экспериментальные работы, в которых была продемонстрирована возможность получения амнезии через длительные сроки после обучения, значительно превышающие сроки консолидации, определяемые по градиенту ретроградной амнезии.

2.3. НАРУШЕНИЕ ПАМЯТИ ЧЕРЕЗ ДЛИТЕЛЬНЫЕ СРОКИ ПОСЛЕ ОБУЧЕНИЯ

Феномен нарушения памяти через длительные сроки после обучения в англоязычной литературе получил название cue-dependent amnesia (дословно: амнезия, зависящая от сигнал�