Японские ученые обнаружили, что формирование связи между долгосрочными воспоминаниями реорганизует нейронные ансамбли, хранящие эти воспоминания, таким образом, что часть нейронов соответствующих ансамблей становятся общими между ними, то есть ансамбли частично перекрываются. Отключение этих общих нейронов устраняет связь между воспоминаниями, но не влияет на последующее извлечение каждого из них по отдельности. Результаты работы опубликованы в журнале Science.
При формировании воспоминаний в мозге возникают постоянные связи между нейронами, которые группируют их в постоянный ансамбль, хранящий конкретное воспоминание. При этом воспоминания редко бывают изолированными — как правило, они объединяются в ассоциативные сети, связывающие их между собой так, что извлечение одного воспоминания автоматически вызывает и связанные с ним ассоциации. Физиологические механизмы формирования таких ассоциативных сетей остаются малоизученными.
Чтобы разобраться в этих механизмах, сотрудники Университетов Тоямы и Дзикей сформировали у мышей два независимых условных рефлекса — отвращения к пище (в нем стимулом, или раздражителем, запускающим рефлекс, служил раствор сахарина, вкус которого ассоциировался с искусственно вызванной тошнотой) и замирания от страха в ожидании удара током (нейтральным стимулом служил звонок). Затем они связали эти воспоминания друг с другом, повторно подвергая животных одновременному действию обоих раздражителей. В результате эти воспоминания стали ассоциироваться друг с другом — вкус сахарина заставлял мышей замирать, как при звуке звонка.
Условно-рефлекторные отвращение к пище и замирание хорошо изучены: известно, что в их формировании участвуют миндалина, медиальная префронтальная и островковая кора. Ученые проанализировали экспрессию c-Fos (маркера активности нейронов) в этих структурах мозга и выяснили, что число активированных нейронов в базолатеральной миндалине у мышей со сформированной ассоциацией значительно больше, чем у животных без связи между этими воспоминаниями.
Использовав in situ гибридизацию, оптогенетические и иммуногистохимические методы исследования, ученые обнаружили, что при формировании ассоциации между воспоминаниями хранящие их нейронные ансамбли реорганизуются так, что часть входящих в них нейронов становятся общими для обоих ансамблей, и эти общие нейроны расположены в базолатеральной миндалине. Отключение группы нейронов, обеспечивающей перекрывание ансамблей, приводило к исчезновению ассоциации между воспоминаниями. При этом извлечение отдельных воспоминаний происходило так же, как в контрольной группе животных, то есть перекрывание нейронных ансамблей для этого не требовалось.
«Обнаружение нами перекрывания нейронных ансамблей, отвечающего за ассоциацию, но ненужного для извлечения первоначальных воспоминаний, может открыть путь к отделению повседневных воспоминаний, как-либо связанных с обстоятельствами полученной травмы, от самого травмирующего события. Это может помочь людям с посттравматическим стрессовым расстройством», — пишут авторы работы.
Недавно ученые обнаружили еще один интересный механизм формирования воспоминаний. Они показали, что при переходе информации из кратковременной памяти в долгосрочную она некоторое время хранится в промежуточном виде — мозговом аналоге кэш-памяти.
Олег Лищук
