Ильва Эстбю - Это мой конёк. Наука запоминания и забывания

«Сон необходим для консолидации (то есть перехода в долговременную форму) памяти. Мы предполагаем, что, когда спим, мы пропускаем через себя события дня, чтобы закрепить в коре. Но под воздействием стресса этот процесс нарушается — нейроны не передают сигнал так, как положено. Через несколько лет я попытался повторить эксперимент с другими кроликами, и у меня ничего не получилось», — рассказывает Лёмо.

В первый раз ему повезло: вероятно, кролики были вполне довольны и находились в расслабленном состоянии. Во время второго эксперимента кролики испытывали очень сильный стресс, и поэтому нейроны мозга работали не так, как полагается. Другими словами, с подопытными животными необходимо обращаться бережно — только тогда они подарят нам новые знания. То же самое происходит и в организме человека: когда мы испытываем стресс, мы запоминаем информацию не с той же легкостью, как когда мы расслаблены и довольны.

Почти одновременно с работой Лёмо, в 1971 г., произошло еще одно открытие, касающееся следа памяти. Профессор лондонского Университетского колледжа Джон О’Киф обнаружил в гиппокампе клетки, которые помнят определенные места [18] Открытие нейронов места в гиппокампе: O’Keefe, J., & Dostrovsky, J. (1971). The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain research, 34, 171–175. . Например, в гиппокампе есть клетки, которые активируются только тогда, когда мы сидим на определенном стуле — а не на еще каком-то в той же самой комнате. Значит, задача этих клеток — помнить, где мы находились в каждый конкретный момент времени. А если, например, мы помним место само по себе — это считается воспоминанием? В 2014 г. норвежские психологи Май-Бритт и Эдвард Мосер вместе с О’Кифом получили Нобелевскую премию по медицине. Награду им принесла работа, в которой они расширили исследования О’Кифа и вышли за пределы гиппокампа. Они исследовали область, которая связывает гиппокамп с прочими отделами мозга, — энторинальную кору. Для эксперимента супруги Мосер выбрали крыс. Оказалось, что, когда животные свободно исследовали новую территорию, активировались клетки именно этой части мозга.

Крыс с вживленными электродами поместили в клетки. Каждый нейрон реагировал не на одну пройденную крысой точку, как нейрон места, а на несколько . Разве не странно, что клетка помнит не только одну точку конкретной области? Но, когда супруги Мосер отметили точки, в которых клетка подавала сигнал, на экране компьютера они увидели правильный шестиугольник. Чем больше крысы перемещались по клеткам и лабиринтам, тем четче на компьютере вырисовывались пчелиные соты: одна клетка — один шестиугольник. Так выстраивается система координат.

«Мы сначала списали происходящее на неполадки с техникой, — рассказывает Эдвард Мосер. — Увиденная нами картина была слишком идеальна, чтобы быть реальной» [19] Открытие нейронов решетки в энторинальной коре, совсем рядом с гиппокампом, описано здесь: Hafting, T., Fyhn, M., Molden, S., Moser, M.B., a& Moser, E.I. (2005). Microstructure of a spatial map in the entorhinal cortex. Nature, 436, 801–806. .

Эти нейроны образуют одну решетку, а у соседствующих с ними клеток она чуть смещена: благодаря этому мы охватываем все точки пространства. У одних решеток ячейки очень мелкие, а клетки других реагируют на далеко расположенные друг от друга точки — для измерения расстояния ученым пришлось бы выйти на улицу. Без так называемых нейронов решетки мы не запоминали бы точки пространства и не осознавали текущее местоположение по отношению к тем местам, где мы были. Эти схемы мы «чертим» повсюду — неважно, идем мы, стоим или едем на машине.

«Мы запустили крыс в лабиринт с десятью ответвлениями — крысы снова „чертили“ системы координат, просто у каждого тоннеля они были свои. Мы предполагаем, что эти схемы сшиваются, и поэтому крысы помнят дорогу по лабиринту», — говорит Мосер.

Другие исследователи выявили ту же самую картину у пациентов с эпилепсией, которым предстояла операция. Предположения подтвердились: люди, как и крысы, любую местность превращают в схему в виде шестиугольника. Да мы все как пчелы! И весь мир предстает перед нами как шестиугольная сетка!

«Мы предполагаем, что в процессе эволюции млекопитающих это свойство появилось довольно рано, — рассуждает Эдвард Мосер. — По нашей версии, открытые нами нейроны решетки имеют важнейшее значение для эпизодических воспоминаний. Ведь невозможно иметь воспоминание без связи с некой точкой пространства».

Другие исследователи согласны с тем, что нейроны места и нейроны решетки выполняют особую функцию для эпизодических воспоминаний. Некоторые ученые идут в рассуждениях еще дальше и считают, что система, включающая гиппокамп и энторинальную кору, предназначена для того, чтобы наделить каждое воспоминание уникальным нейронным следом памяти, то есть сделать элементом сети воспоминаний. Возможно, когда-то ощущение пространства было первичной задачей для гиппокампа и энторинальной коры. Но эволюция внесла свои коррективы, и у ощущения пространства появилась новая функция: регистрировать все наши впечатления и сплетать их в единую сеть — так шестиугольная координатная система местности превратилась в рыболовную сеть воспоминаний с шестиугольными ячейками.

Недавно калифорнийским ученым удалось увидеть, как сети воспоминаний образуют контекстно-зависимую память в гиппокампе мыши. Как и Терье Лёмо, они проделали окошко к гиппокампу, к той его части, что носит название Cornu ammonis I , аммонов рог. Если смотреть на гиппокамп наискосок, он напоминает рожок, закручивающийся внутрь по спирали. И через крошечное окошко к колыбели воспоминаний калифорнийские ученые с помощью микроскопа рассмотрели, какие нейроны возбуждались, когда мышей помещали в различные условия. Они сделали три разные клетки, в каждой из которых сформировались разные воспоминания: круглую, треугольную и четырехугольную. У клеток отличались запахи, текстуры поверхностей и прочие свойства. Решающим фактором в эксперименте было то, насколько близкими по времени оказывались полученные впечатления. Ученые сравнивали две группы мышей. Половину отправили в треугольную клетку, а сразу после — в четырехугольную. Эти мыши за весьма короткое время побывали в двух разных клетках. Вторую половину мышей поместили в круглую клетку, а только через семь дней — в четырехугольную. Эта группа пережила два разных события — будем называть их эпизодическими воспоминаниями, — которые были разнесены во времени. Пока мыши исследовали клетки, ученые разглядывали в микроскоп активность нейронов в небольшом участке мозга. Каждая из трех клеток наложила свой отпечаток на активность клеток гиппокампа, то есть оставила четкое воспоминание. Стоит отметить, что эпизоды, оказавшиеся близко друг к другу по времени, вызвали активность частично совпадавших групп нейронов. Эпизоды соединились — не только во времени, но и в гиппокампе мышей. Во время эксперимента, когда между пребыванием в двух клетках прошла неделя, напротив, наблюдалась активность двух различных групп нейронов гиппокампа [20] В гиппокампе мыши воспоминания образуют единую нейросеть воспоминаний: Cai, D.J., Aharoni, D., Shuman, T., Shobe, J., Biane, J., Song, W., Wei, B., Veshkini, M., La-Vu, M., Lou, J., Flores, S.E., Kim, I., Sano, Y., Zhou, M., Baumgaertel, K., Lavi, A., Kamata, M., Tuszynski, M., Mayford, M., Golshani, P. & Silva, A.J. (2016). A shared neural ensemble links distinct contextual memories encoded close in time. Nature, 534, 115–118. .