Выявлена роль гиппокампа в двух функциях памяти
Впервые ученые обнаружили, что область нашего мозга, в которой хранится память, состоит не из одного, а из двух отделов: один, который занимается прошлым опытом времени и места, и другой, который прогнозирует и активно конструирует будущее поведение.
Исследователи Корнеллского университета обнаружили, что в гиппокампе один тип нейронного кода отвечает за нашу способность «соединять точки», например запоминание того, куда нам нужно идти, например, если нам нужно взять буханку хлеба. Второй тип нейронного кода, предсказательная часть, предполагает формулирование новых планов на лету.
Итак, в том же примере, если пекарня была неожиданно закрыта, этот второй раздел сформулирует план Б и предскажет путь, по которому следует идти, формируя более гибкое поведение.
В исследовании на крысах ученые использовали передовую оптогенетику для отключения одного типа памяти и благодаря этому смогли идентифицировать и изолировать две отличительные функции памяти. Это открывает многообещающие перспективы для лечения проблем с памятью и обучением, которые возникают при болезни Альцгеймера и деменции.
«Мы обнаружили, что два разных нейронных кода поддерживают эти очень важные аспекты памяти и познания и могут быть разделены, как мы и сделали экспериментально», — сказал Антонио Фернандес-Руис, доцент кафедры нейробиологии.
Исследователи поместили в мозг крысы набор электродов для одновременного отслеживания всех активирующихся нейронов, а затем использовали оптогенетику для управления этой активностью. Затем был использован вирус, чтобы подчинить, но не полностью заглушить один конкретный набор нейронов.
Используя этот метод в области гиппокампа, связанной с обучением задачам, ученые наблюдали, как крысы смогли выучить путь от точек A до D, в конце которого было вознаграждение, однако память не “закрепилась” из-за индуцированной осечки. Повторяя эксперимент после сна, крыса могла запомнить точки А и D, но не путь, по которому ей следует пройти, чтобы достичь награды.
«Эта последовательность шагов закодирована в мозге как последовательность срабатывания клеток», — сказал Фернандес-Руис. «В будущем мы запомним это так: когда мы спим, воспроизводится одна и та же последовательность действий, поэтому те же нейроны, которые кодируют [путь], будут срабатывать в том же порядке».
По сути, во время сна нейроны не могли последовательно активироваться для закрепления воспоминаний, поэтому, хотя он и мог запомнить два момента, никаких ассоциаций не сохранилось.
В другом эксперименте с крысами обращались аналогичным образом, и перед ними стояла задача каждый день находить новый путь для получения награды. Когда определенные нейроны были зашифрованы, крысы не могли вспомнить, как достичь цели.
«Такое поведение требовало формирования карты, а также возможностей планирования и прогнозирования, а также запоминания, чтобы направлять свои движения», — сказал Фернандес-Руис.
В другом тесте крысам было поручено связать местоположение с наградой. Когда ученые заблокировали область предсказательного кодирования, их ассоциативная память осталась нетронутой, впервые показав, насколько две стороны одной медали на самом деле различны.
«Глядя на то, какой тип дефицита памяти возникает у пациента, мы можем попытаться сделать вывод, какой тип основного нейронного механизма был нарушен, что поможет нам разработать более целенаправленные вмешательства», – говорят ученые.
Гиппокамп представляет собой область особого интереса для исследований в области лечения болезни Альцгеймера. Снижение когнитивных функций при деменции сильно влияет на гиппокамп, вызывая потерю памяти и другие проблемы.
Исследование было опубликовано в журнале Science.