Пространственные воспоминания не являются статичными и не привязаны к определенному набору клеток мозга. Они динамичны и со временем «дрейфуют», кодируясь разными группами нейронов. Эта гипотеза «дрейфа памяти» бросает вызов устоявшемуся представлению о стабильной «ментальной карте» в мозге, которая, как считалось, сохраняется десятилетиями.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature 23 июля, подтвердило, что это явление, известное как «гиппокампальный репрезентативный дрейф», реально и не является следствием внешних факторов. Команда под руководством Дэниела Домбека из Северо-Западного университета доказала, что мозг активно изменяет нейронную основу воспоминаний даже в абсолютно неизменной среде.
Чтобы исключить любые внешние влияния, ученые поместили мышей в виртуальный лабиринт, отображаемый на экранах. Животные исследовали его, двигаясь по беговой дорожке, что позволило стандартизировать скорость их передвижения. Через специальный конус, надетый на нос мыши, подавался один и тот же запах, а белый шум в помещении полностью нормализовал звуковой фон. Лабиринт в каждом испытании был абсолютно идентичен.
Для наблюдения за активностью мозга исследователи использовали передовую методику. В гиппокамп — область мозга, ответственную за память и ориентацию в пространстве, — было введено вещество, которое светилось при активации нервных клеток. Через небольшое «окно» в черепе мыши микроскоп в реальном времени отслеживал, какие именно нейроны активируются, когда животное находится в определенной точке виртуального лабиринта.
Результаты показали, что даже при полной идентичности всех условий репрезентативный дрейф продолжал происходить. Большинство нейронов, кодирующих память о конкретном месте, со временем менялись. Однако небольшая, но ключевая группа клеток, составляющая от 5% до 10% от общего числа, оставалась стабильной. Эти нейроны постоянно активировались в одном и том же месте на протяжении всего эксперимента.
Дальнейший анализ выявил главную особенность этих стабильных клеток: они были самыми возбудимыми, то есть имели наивысшую вероятность активации в ответ на стимул. Команда Домбека обнаружила, что может с высокой точностью предсказать, какие именно нейроны останутся стабильным ядром памяти, просто измерив их уровень возбудимости.
Дэниел Домбек выдвинул гипотезу, объясняющую назначение этого механизма. Он предполагает, что дрейф памяти — это способ мозга разделять очень похожие друг на друга события, превращая их в отдельные, уникальные воспоминания. Это позволяет человеку отличать один визит в одно и то же место от другого, например, рабочий день в понедельник от рабочего дня во вторник. По сути, дрейф может быть тем инструментом, с помощью которого мозг отслеживает течение времени внутри самих воспоминаний.
Этот процесс, по мнению Домбека, в первую очередь затрагивает эпизодические воспоминания — те, что связаны с личным опытом, временем и местом. Другие типы памяти, например, моторная память, отвечающая за приобретенные навыки, такие как езда на велосипеде, вероятно, хранятся в мозге иными, более стабильными способами.
Открытие ставит под сомнение классическую теорию, доминировавшую в нейробиологии с 1960-х–1970-х годов. Тогда считалось, что пространственные воспоминания кодируются определенными «клетками места» в гиппокампе, которые формируют неизменную карту в мозге, способную сохраняться 30–40 лет.
Первые сомнения в этой догме появились в 2013 году, когда в журнале Nature Neuroscience была опубликована статья, показавшая, что репрезентация мест в мозге колеблется в течение нескольких недель эксперимента. Однако это открытие вызвало споры: критики утверждали, что наблюдаемый «дрейф» был вызван неконтролируемыми изменениями в среде — запахами, звуками или скоростью движения мышей. Исследование Домбека было специально разработано для ответа на эту критику.
Исследование имеет свои ограничения. Метод записи активности мозга позволил охватить лишь около 1% от сотен тысяч нейронов в гиппокампе мыши. Кроме того, результаты, полученные на животных, не всегда напрямую применимы к человеку, хотя Домбек ожидает, что процесс будет «достаточно схожим».
Полученные данные открывают новые перспективы для понимания возрастных нарушений памяти. Известно, что с возрастом клетки гиппокампа становятся менее возбудимыми. Домбек предполагает, что ухудшение памяти может быть связано с тем, что небольшое количество стабильных клеток, составляющих ядро воспоминаний, со временем теряет свою возбудимость. «Если бы мы могли каким-то образом настроить возбудимость наших нейронов или поддерживать эту возбудимость с течением времени, мы, вероятно, смогли бы сохранить память», — заключает он, отмечая, что эта идея требует дальнейших серьезных исследований.
Изображение носит иллюстративный характер
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature 23 июля, подтвердило, что это явление, известное как «гиппокампальный репрезентативный дрейф», реально и не является следствием внешних факторов. Команда под руководством Дэниела Домбека из Северо-Западного университета доказала, что мозг активно изменяет нейронную основу воспоминаний даже в абсолютно неизменной среде.
Чтобы исключить любые внешние влияния, ученые поместили мышей в виртуальный лабиринт, отображаемый на экранах. Животные исследовали его, двигаясь по беговой дорожке, что позволило стандартизировать скорость их передвижения. Через специальный конус, надетый на нос мыши, подавался один и тот же запах, а белый шум в помещении полностью нормализовал звуковой фон. Лабиринт в каждом испытании был абсолютно идентичен.
Для наблюдения за активностью мозга исследователи использовали передовую методику. В гиппокамп — область мозга, ответственную за память и ориентацию в пространстве, — было введено вещество, которое светилось при активации нервных клеток. Через небольшое «окно» в черепе мыши микроскоп в реальном времени отслеживал, какие именно нейроны активируются, когда животное находится в определенной точке виртуального лабиринта.
Результаты показали, что даже при полной идентичности всех условий репрезентативный дрейф продолжал происходить. Большинство нейронов, кодирующих память о конкретном месте, со временем менялись. Однако небольшая, но ключевая группа клеток, составляющая от 5% до 10% от общего числа, оставалась стабильной. Эти нейроны постоянно активировались в одном и том же месте на протяжении всего эксперимента.
Дальнейший анализ выявил главную особенность этих стабильных клеток: они были самыми возбудимыми, то есть имели наивысшую вероятность активации в ответ на стимул. Команда Домбека обнаружила, что может с высокой точностью предсказать, какие именно нейроны останутся стабильным ядром памяти, просто измерив их уровень возбудимости.
Дэниел Домбек выдвинул гипотезу, объясняющую назначение этого механизма. Он предполагает, что дрейф памяти — это способ мозга разделять очень похожие друг на друга события, превращая их в отдельные, уникальные воспоминания. Это позволяет человеку отличать один визит в одно и то же место от другого, например, рабочий день в понедельник от рабочего дня во вторник. По сути, дрейф может быть тем инструментом, с помощью которого мозг отслеживает течение времени внутри самих воспоминаний.
Этот процесс, по мнению Домбека, в первую очередь затрагивает эпизодические воспоминания — те, что связаны с личным опытом, временем и местом. Другие типы памяти, например, моторная память, отвечающая за приобретенные навыки, такие как езда на велосипеде, вероятно, хранятся в мозге иными, более стабильными способами.
Открытие ставит под сомнение классическую теорию, доминировавшую в нейробиологии с 1960-х–1970-х годов. Тогда считалось, что пространственные воспоминания кодируются определенными «клетками места» в гиппокампе, которые формируют неизменную карту в мозге, способную сохраняться 30–40 лет.
Первые сомнения в этой догме появились в 2013 году, когда в журнале Nature Neuroscience была опубликована статья, показавшая, что репрезентация мест в мозге колеблется в течение нескольких недель эксперимента. Однако это открытие вызвало споры: критики утверждали, что наблюдаемый «дрейф» был вызван неконтролируемыми изменениями в среде — запахами, звуками или скоростью движения мышей. Исследование Домбека было специально разработано для ответа на эту критику.
Исследование имеет свои ограничения. Метод записи активности мозга позволил охватить лишь около 1% от сотен тысяч нейронов в гиппокампе мыши. Кроме того, результаты, полученные на животных, не всегда напрямую применимы к человеку, хотя Домбек ожидает, что процесс будет «достаточно схожим».
Полученные данные открывают новые перспективы для понимания возрастных нарушений памяти. Известно, что с возрастом клетки гиппокампа становятся менее возбудимыми. Домбек предполагает, что ухудшение памяти может быть связано с тем, что небольшое количество стабильных клеток, составляющих ядро воспоминаний, со временем теряет свою возбудимость. «Если бы мы могли каким-то образом настроить возбудимость наших нейронов или поддерживать эту возбудимость с течением времени, мы, вероятно, смогли бы сохранить память», — заключает он, отмечая, что эта идея требует дальнейших серьезных исследований.
