Как обучение влияет на гены мозга

Как обучение влияет на гены мозга

Влияние обучения на молекулярную кухню мозга может быть разным: при запоминании новой информации некоторые гены начинают работать активнее, другие же, наоборот, отключаются.

Когда говорят о молекулярных процессах, обеспечивающих запись информации в мозг, то обычно имеют в виду, что в нервных клетках усиливается активность некоторых генов. Известно, что при формировании памяти устанавливаются новые связи между нейронами, появляются новые синапсы, благодаря чему складываются дополнительные нейронные цепочки – материальная база памяти. Чтобы синапс появился, нужно, чтобы появились специальные белки, так что сам собой напрашивается вывод, что и гены должны работать активнее – это подтверждено многочисленными экспериментами.

Однако всё может быть и наоборот: исследователи из Сеульского национального университета обнаружили, что в мышином гиппокампе, одном из главных мозговых центров памяти, при записи памяти происходит затухание генетической активности. Нейробиологи вырабатывали у животных привычку бояться определённого окружения: когда мышь оказывалась в специальной клетке, её били током; потом, когда она снова попадала в эту клетку, страх «включался» уже сам, без всяких стимулов – иными словами, срабатывали механизмы запоминания и обучения.

Чтобы узнать, что происходило в молекулярной кухне мозга, у животных анализировали набор и количество РНК в клетках гиппокампа, причём не просто РНК, а именно тех, которые были вовлечены в производство белка, на которых сидели белок-синтезирующие машины – рибосомы. И молекулы анализировали не вообще после того, как мышь запомнила, чего нужно бояться, а спустя 5, 10, 30 минут и через четыре часа после «сеансов страха» – такой эксперимент позволял увидеть динамику молекулярных изменений.

Активность гена можно оценить по двум процессам, по транскрипции и по трансляции. На первом этапе, на этапе транскрипции с ДНК снимается РНК-копия, соответственно, на активных генах РНК синтезируется больше, на неактивных – меньше. На втором этапе, этапе трансляции, на РНК синтезируются молекулы белка: на активных РНК синтезируется больше белка, на неактивных – меньше (то есть здесь, строго говоря, имеется в виду активность РНК). В статье в Science авторы пишут, что им удалось «поймать» 104 гена, чья активность в разных временных точках варьировала довольно сильно на уровне транскрипции или трансляции. В течение первых 10 минут синтез новых РНК на генах оставался прежним, их не становилось ни больше, ни меньше (то есть интенсивность транскрипции не менялась), чего нельзя было сказать про трансляцию, то есть про синтез белковых молекул на РНК – здесь изменения наступали немедленно. (Что не удивительно: синтез белка более оперативно, чем синтез РНК, реагирует на меняющиеся условия среды и потребности клетки.) Вообще же транскрипция догоняла трансляцию на 30 минуте после сеанса обучения.

 Главным же сюрпризом было то, в чём именно состояли изменения: активность многих генов падала. Уже спустя пять минут замедлялся темп синтеза белков, кодируемых более чем половиной генов – из тех, которых коснулись изменения. Через полчаса замолкали 31 вид РНК из 42, через четыре часа трансляция останавливалась у 48 из 55. Торможение было стабильным, в том смысле, что те РНК, на которых синтез белка прекратился через полчаса, продолжали молчать и дальше.

Авторы работы отмечают, что активность более чем половины таких генов зависела от молекулы, называемого альфа-рецептором эстрогена ESR1: чем меньше было синтезировалось, тем меньше было всех остальных. Если же уровень ESR1 искусственно повышали, это соответствующим образом отражалось как на динамике прочих молекул, так и на способности мышей запоминать, чего им следует бояться. Похожий эффект был и с геном Nrsn1: если синтез белка на РНК гена Nrsn1 стимулировали, животные хуже обучались. То есть исследователи не просто обнаружили некий странный молекулярный эффект, но и соотнесли его с когнитивными изменениями.

Почему для формирования памяти нужно отключить синтез довольно большого числа белков, пока никто не знает, однако сам факт настолько примечательный, что, очевидно, биологи сделают всё, чтобы как можно быстрее узнать функции этих генов. По одной из версий, их работа состоит в том, чтобы не давать мозгу запоминать абсолютно всё, иными словами, они играют роль предохранителя, защищающего нас от информационной перегрузки. И когда появляется необходимость действительно что-то запомнить, такие гены нужно отключить.

Newsland.ru

Похожие новости:
Найден способ предотвратить старение мозга
Ученые Стэнфордского университета объяснили, почему кровь, перелитая молодым мышам от старых животных, вызывает преждевременное старение мозга. Оказалось, что в этих условиях активируется специфический белок, подавление которого может затормозить возрастные изменения в центральной нервной системе ..
2018-01-15 2718 0 Разное, интересное
1
Обучение вызывает физическое повреждение мозга
После проведения ряда экспериментов на лабораторных мышах, ученые пришли к выводу, что помимо психологических и других эффектов, обучение вызывает физическое повреждение мозга. А если точнее, группа исследователей выяснила, что вне зависимости от того, насколько быстро мышь воспринимала получаемую ..
2013-04-1 1625 0 Разное, интересное
1
Ученые впервые обнаружили гены интеллекта
Ученым из Имперского колледжа Лондона впервые удалось выделить гены, отвечающие за развитие интеллекта человека. Теперь генетики убеждены в своей способности манипулировать яркостью мышления человека. Примерно 75% человеческого IQ — это генетическая предрасположенность. Согласно данным нового исследования ..
2015-12-24 1673 0 Разное, интересное
1
Ученые: работа мозга зависит от положения тела
Ученые из Школы физиологии Австралийского университета пришли к выводу, что на умственные способности человека влияет положение тела.Как оказалось, самые умные и взвешенные решения человек принимают тогда, когда лежит.В ходе исследования, участниками которого стали 20 добровольцев, было ..
2012-11-1 2309 0 Разное, интересное
0
Ученые выбрали кандидатов в гены интеллекта
Ученые определили наследственные особенности, обладание которыми связано с лучшей проводимостью электрических сигналов в мозге и повышенными результатами тестов на интеллект. Работа опубликована в журнале Journal of Neuroscience, ее краткое содержание приводит Science Now. В исследовании участвовало 472 добровольца из Австралии, ..
2012-06-20 1462 0 Разное, интересное
0
10 поразительных фактов о человеческом мозге
Недавно на BBC вышел документальный фильм о человеческом мозге. Представляем вашему вниманию десять удивительных фактов о нашем самом сложном органе. * Человеческий мозг настолько сложно устроен, что на его развитие требуется около 20 лет. * В чреве матери, в мозгу образуется 8 000 новых ..
2014-01-08 2587 0 Разное, интересное
0
Виртуальный мозг мечтает как человек
Группа международных исследователей из медицинской школы имени Вашингтона при университете в Сент-Луисе, создали виртуальную модель мозга, которая может мечтать, как это делают люди, сообщает RedOrbit.com. Компьютерная модель основывается на динамике клеток мозга и соединений между этими клетками. ..
2013-07-15 1559 0 Разное, интересное
0
Антибиотик увеличивает нейропластичность мозга
Исследователи обнаружили молекулярный механизм, увеличивающий нейропластичность мозга. Материалы работы были опубликованы в журнале PNAS. Подобно любой ткани человеческого организма, мозг способен изменять свою структуру в ответ на внешнее воздействие. Таким фактором для мозга является получение ..
2016-01-04 1724 0 Разное, интересное
0
Раскрыта причина старения мозга
Исследователи из Алленского института исследования мозга в Вашингтоне выяснили, что старение мозга и снижение когнитивных способностей связано с накоплением бляшек и образованием нейрофибриллярных узлов, а также изменением в активности генов. Об этом сообщается в пресс-релизе на сайте MedicalXpress.Ученые проанализировали образцы мозга ..
2017-11-23 1866 0 Разное, интересное
0
Ученые создают молекулярную модель головного мозга
В настоящий момент, более чем в восьмидесяти институтах соединенных штатов Америки, Китая, Японии и Европы, ведется совместная работа над созданием человеческого мозга. Эксперты ученые планируют в ближайшем будущем создать полноценно работающую модель мозга на молекулярном уровне. По предварительным ..
2014-02-18 1763 0 Разное, интересное
0
Создана управляемая активностью мозга модель вертолета
Американские исследователи из университета Миннесоты построили управляемую электрической активностью мозга модель вертолета. При этом их разработка не предполагает вживляемых электродов, активность мозга регистрируется при помощи электроэнцефалографии. Подробности приводит официальный сайт университета с отсылкой к статье в Journal of Neural ..
2013-06-6 1180 0 Разное, интересное
0
Биологи раскрыли тайны «темной материи» в ДНК
Молекулярные биологи из Института Глэдстоуна придумали новый способ расшифровки ДНК, который позволит определить, как «темное вещество» генома — те участки, что не кодируют белки, — влияет на гены и, как следствие, определяет генетическое здоровье человека. Исследование опубликовано в журнале Nature Genetics. ..
2016-04-05 1347 0 Разное, интересное
0
Секс и влюбленность делают человека умнее
Исследователи провели эксперимент, где брали на анализы кровь у влюбленных и у супружеских пар, живущих давно в браке. Итальянские ученые университета Павиа смогли доказать, что на этапе влюбленности занятия сексом делает умнее человека, а помимо этого оказывает на человеческое здоровье ..
2014-01-16 1452 0 Разное, интересное
0
США вложат $100 млн в разработки искусственного мозга
В разработке компьютерной модели головного мозга человека примут участие порядка 80 научных институтов Европы. О запуске проекта под названием BRAIN объявил Барак Обама. Модель будет представлять собой своеобразную карту мозга с описанием процессов мышления, памяти ..
2013-05-1 1333 0 Разное, интересное
0
Раскрыт неожиданный эффект электростимуляции мозга
Исследователи из Цюрихского университета нашли в мозгу область, которая «решает», нужно ли быть честным или преследовать корыстные интересы. С помощью неинвазивной электрической стимуляции ученые смогли заставить человека чаще говорить правду. Статья нейробиологов опубликована в журнале Proceedings ..
2017-04-13 6533 0 Разное, интересное
0