В мозге нашли механизм для поиска отличий в «уже виденном»

Нейрофизиологи из Университета Джонса Хопкинса обнаружили, что при обработке информации об уже знакомых местах, которые по каким-либо характеристикам отличаются от ранее виденного, разные участки гиппокампа крыс работают одновременно в двух режимах. В одном участке нейроны «воссоздают» паттерн по знакомым деталям, активируя старое воспоминание об этом месте. А в другом – нервные клетки формируют новое воспоминание, как если бы крыса видела это место впервые. Работа опубликована в журнале Neuron.

Ученые имплантировали электроды в гиппокамп крыс. После чего запускали животных в круговые лабиринты. На протяжении всего маршрута были рассыпаны шоколадные крошки, что позволяло заставить крыс пройти лабиринт полностью. Всего использовалось четыре разных лабиринта – с полом, сделанным из наждачной бумаги, коврового покрытия, клейкой ленты и резины. По бокам лабиринта располагался черный занавес с пришитыми к нему различными предметами. После 10 дней тренировок крысы сформировали когнитивные карты лабиринта, что было подтверждено специфическими паттернами активности нейронов места.

На следующем этапе эксперимента ученые стали приводить лабиринт в движение. Пол лабиринта стал двигаться против часовой стрелки, а занавес – против часовой. Целью этих манипуляций было «запутать» нейроны крыс. С одной стороны – это вроде бы был тот же самый лабиринт, а с другой – положение пришитых к занавесу вещей изменялось, так же как и их положение относительно кучек шоколадных крошек. Как объяснил ведущий автор исследования, это в некотором смысле «напоминает ситуацию, когда мы встречаем одноклассника, которого не видели уже 20 лет, и понимаем, что этот располневший и с длинными седыми волосами мужчина все равно тот же самый, только изрядно изменившийся паренек».

Выяснилось, что в таких  условиях разные участки гиппокампа (подкорковой структуры мозга, отвечающей за память) выполняют одновременно две разные задачи. В области зубчатой извилины и примыкающей к ней зоны CA3 (cornu Ammonis – аммониев рог) происходит процесс так называемой сепарации паттернов (pattern separation), который позволяет отличить одно воспоминание, от множества других, уже хранящихся в памяти. Этот процесс активируется чаще всего в том случае, если мозгу «кажется», что он видит это место впервые.

Параллельно в другой части зоны CA3 начинается процесс «воссоздания» паттерна (pattern completion), в ходе которого по отрывочным и неполным сенсорным данным активируется след памяти об этом уже ранее виденном месте. Иными словами, несмотря на несовпадения ряда признаков, мозг «понимает», что это все то же, хотя и несколько изменившееся место.

Это открытие еще предстоит отдельно интерпретировать (хотя уже сейчас можно предположить, что какой-либо сбой в этом механизме параллельной активации может вести, например, к эффекту

). Однако наиболее важным результатом может стать пересмотр ряда представлений о работе гиппокампа. Ранее нейрофизиологи считали, что зоны, отвечающие за разделение и воссоздание паттернов конкурируют между собой. Первая всегда воспринимает любые комбинации стимулов как новые, а вторая – как альтернативный вариант уже виденного. Соответственно, либо создается новый след в памяти, либо активируется ранее созданный, а новая

формируется лишь как подвариант «уже виденного». Соответственно, активация одной зоны как бы «выключает» другую. Теперь получается, что гиппокамп работает более сложным образом – как многоуровневая система, где параллельно идут два процесса, а затем в зоне CA3 принимается окончательное решение какой из них выбрать.