Каждое воспоминание о конкретном месте в нашей памяти формируется достаточно сложно: сначала ему нужно пройти гиппокамп, чтобы там образовалась соответствующая нейронная сеть – энграмма, которая через некоторое «передается» в кору головного мозга а из гиппокампа она, как принято считать, стирается. Но немецкие исследователи на примере крыс выяснили, что в одной из его частей надолго остается общий «план» (стабильная энграмма) пространства, тогда как в других формируются модифицируемые детали (динамическая энграмма). Этим особенностям памяти посвящена статья, опубликованная в Nature.
В нашей повседневной жизни мы используем накопленные в прошлом знания и опыт, чтобы планировать будущее. Вся эта информация записана в конкретных нейронных ансамблях или энграммах. Клетки, словно паззлы, во время обучения объединяются в единый рисунок или паттерн активности, и его реактивация представляет собой записанный в памяти опыт. Эти энграммы в течение нескольких дней хранятся в гиппокампе, а затем передаются в кору больших полушарий.
Энграммы формируются следующим образом. Сначала большие потоки информации поступают из энторинальной коры, которая представляет собой условную точку входа, в зубчатую извилину гиппокампа, откуда гранулярные клетки, играющие роль трансформатора, передают уже более «разреженные» сигналы в высокоорганизованную сеть пирамидных нейронов в области СА3 гиппокампа. Считается, что этот процесс позволяет сформировать достаточно четкую структуру воспоминания, наполненную необходимыми подробностями.
Пирамидные нейроны CA3 проецируются в область CA1 – условную точку выхода из гиппокампа. В соответствии с идеей временного хранения памяти энграммы, расположенные в CA1 и CA2, с течением времени не обретают стабильность и стираются, однако, если гиппокамп искусственно стимулировать, то воспоминание удается вызвать снова. Почему так происходит, до сих пор оставалось неясно, и научная группа под руководством профессора Марлен Бартос из Фрайбургского университета посветила этому вопросу свою нынешнюю работу.
Авторы отмечают, что до сих пор не удавалось записывать активность гранулярных нейронов во время обучения более одного дня, поэтому дилемму разрешить не получалось. Однако, в этом исследовании они применили хроническую двухфотонную кальциевую визуализацию, которая позволила им зарегистрировать активность нейронов всех нужных полей гиппокампа во время того, пока мыши выполняли задачи на пространственную память в виртуальной среде.
Животные, бегая по вращающемуся колесу, слизывали вознаграждение (капли молока), при этом на экраны вокруг них проецировалась линейная виртуальная дорожка. В течение 10 дней они запоминали этот трек, а потом он начинал чередоваться с новым виртуальным окружением и новыми местами, где встречалась награда. Поначалу животные пытались слизывать молоко в старых местах, а потом запоминали его измененное положение. В это время с помощью двухфотонного микроскопа сквозь транскортикальные «окна» ученые наблюдали за активностью нейронов в ключевых для формирования воспоминаний зонах гиппокампа, куда вводился флуоресцентный кальциевый индикатор GCaMP6f. Одновременно удавалось зафиксировать работу около 500 нейронов.
Выяснилось, что в пирамидных нейронах зон CA1-CA3 записывались точные и контекстно-специфические, но постоянно изменяющиеся элементы воспоминаний об изученных пространственных ландшафтах. А вот в гранулярных клетках зубчатой извилины при этом возникал своеобразный пространственный код, остающийся стабильным в течение многих дней, но не обладающий деталями о месте или контексте.
Исследователи объяснили, что гиппокамп сочетает стабильное и динамическое кодирование воспоминаний, что вместе помогает сориентироваться в среде, уже изученной ранее. В пирамидных нейронах модифицируются существующие воспоминания, полученные в том же ландшафте, тогда как гранулярные клетки зубчатой извилины обеспечивают упрощенное, но стабильное представление о среде в целом, которое служит в качестве плана для «наслаивания» деталей. Такая схема кодирования позволяет связать воспоминания, полученные в одном и том же месте, но сохранить их различные «нюансы».
Ранее ученые уже установили, что воспоминания, например, о том, как пройти в библиотеку, формируются одновременно и в гиппокампе, и в коре больших полушарий.
Анна Хоружая