Обучаемость крыс зависит от их пола и условий жизни

Нейробиологи БФУ обнаружили различия в уровне обучаемости и процессах формирования пространственной памяти у взрослых самцов и самок крыс, которые жили коллективом в просторных клетках и играли с игрушками. Такие условия, имитирующие естественную среду обитания, могут способствовать образованию новых нервных клеток в мозге взрослых животных, что проявляется в улучшении пространственной памяти и когнитивных способностей, а также повышении иммунитета. Разница в реакции самцов и самок крыс на среду обитания позволяет предположить, какой отдел мозга и какие его клетки и молекулы могут привести к изменениям в поведении животных. Это поможет в разработке новых лекарств и методов лечения заболеваний мозга, вызванных стрессами или инсультами. Результаты исследования опубликованы в журнале Biomedicines.

Условия, в которых живет человек или животное, влияют на его иммунитет, когнитивные способности и развитие мозга. Американский психолог Марк Розенцвейг в 1960-х годах разработал метод исследования психофизиологических изменений у животных с помощью обогащенной среды — сложных, часто меняющихся условий, которые имитируют жизнь в естественной среде. Такие условия включают социальные взаимодействия животных друг с другом, физическую активность, а также разные зрительные, слуховые и тактильные стимулы в виде игрушек. В некоторых вариантах обогащенная среда может включать взаимодействия самцов с самками.

Эксперименты Розенцвейга показали, что крысы, которых содержали в обогащенной среде, дольше жили, реже болели и по когнитивным способностям превосходили собратьев, обитавших по двое в маленьких клетках. Подобные результаты подтверждают, что взрослый мозг обладает нейропластичностью — способностью формировать новые нервные клетки и нейронные связи. Однако на процессы во взрослом мозге, кроме внешних факторов, также влияет множество внутренних, таких как гормональные колебания, специфичные для мужского и женского пола. Это дает ученым возможность наблюдать различные поведенческие реакции у животных разного пола, а также выявлять, какие молекулярные и клеточные механизмы в мозге приводят к конкретным изменениям в поведении.

Ученые из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград) сравнили изменения, произошедшие в мозге взрослых самцов и самок крыс, живших в обогащенной среде. Для исследования более 80 крыс возрастом в один месяц разделили на экспериментальную и контрольную группы с примерно одинаковым количеством самцов и самок в каждой. Грызуны из контрольной группы жили по двое в стандартных лабораторных клетках. Крысам из экспериментальной группы создали условия обогащенной среды: по 6–9 животных одного пола в просторных трехъярусных клетках с колесами для бега, лестницами и игрушками, которые менялись каждые три дня. Через два месяца ученые оценили когнитивные способности животных с помощью поведенческих тестов и сравнили результаты крыс обоих полов из разных групп.

Авторы обнаружили существенные различия между самцами и самками из экспериментальной группы при прохождении ими лабиринта Барнс. Для этого животных выпускали на ярко освещенную платформу с двадцатью отверстиями, под одним из которых располагался темный контейнер для укрытия. Животным требовалось в течение нескольких тренировок запомнить расположение укрытия, чтобы при контрольном посещении найти его как можно быстрее. Крысы могли ориентироваться в пространстве с помощью знаков в виде цветных фигур, расположенных вокруг платформы. Самцы, жившие в обогащенной среде, справились с заданием вдвое лучше, чем крысы из контрольной группы. У самок превосходство было в 1,8 раз. При этом у крыс из контрольной группы существенных различий в зависимости от пола не обнаружилось.

За развитие пространственной памяти отвечает гиппокамп — отдел мозга, играющий роль в сенсорном восприятии, эмоциональности и когнитивных способностях. Кроме того, в этой части мозга у взрослых животных и человека располагается центр, где из стволовых клеток образуются новые нейроны. Встраивание их в структуру гиппокампа во многом определяет пластичность мозга. Ученые рассмотрели биохимические изменения, произошедшие в гиппокампе исследуемых крыс. У самцов, обитавших в обогащенной среде, разница с контрольной группой была незначительной. В то же время у самок количество незрелых стволовых клеток увеличилось в пять раз по сравнению с контрольной группой. В будущем это могло способствовать улучшению их когнитивных способностей. Кроме того, у особей женского пола выявили 12 микроРНК — специфических молекул-маркеров, которые указывали на интенсивное формирование новых нейронов. У самцов были активированы лишь четыре таких маркера.

«Мы предполагаем, что различия между самцами и самками объясняются действием половых гормонов. Возможно, мы рассматривали гиппокамп животных в момент, когда у самок только начали формироваться новые нервные клетки из стволовых, а показатели пространственной памяти самцов улучшило то, что у них такие клетки уже созрели и приобрели «специализацию». Однако половые различия в реакциях мозга помогают нам увидеть, какие клетки и молекулы в нервной системе связаны с определенными поведенческими реакциями. В будущем это позволит найти молекулярные мишени для лекарств, которые помогут восстанавливать нейропластичность людям, пережившим тяжелое стрессовое воздействие или повреждение мозга, такое, как инсульт», — рассказывает участник исследования Оксана Тучина, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией синтетической биологии БФУ имени Иммануила Канта.

На следующем этапе исследования ученые планируют рассмотреть, как еще пребывание крыс в обогащенной среде отражается на работе их гиппокампа. В частности, отследить изменения в передаче нервных импульсов с помощью веществ-посредников — нейромедиаторов, таких как серотонин и норадреналин.