Два исследования, проведенные юго-западными исследователями, пролили новый свет на то, как мозг кодирует время и место в воспоминаниях. Результаты, опубликованные недавно в журнале PNAS and Science, не только дополняют фундаментальные исследования памяти, но и могут в конечном итоге стать основой для новых методов лечения потери памяти при таких состояниях, как черепно-мозговая травма или болезнь Альцгеймера.
Около десяти лет назад у крыс была обнаружена группа нейронов, известных как "клетки времени". Эти клетки, по-видимому, играют уникальную роль в записи происходящих событий, позволяя мозгу правильно отмечать порядок того, что происходит в эпизодической памяти.
Расположенные в гиппокампе мозга, эти клетки демонстрируют характерный паттерн активности, в то время как животные кодируют и вспоминают события, объясняет Брэдли Лега, доктор медицинских наук, доцент кафедры неврологической хирургии UTSW и старший автор исследования PNAS. Стреляя в воспроизводимой последовательности, они позволяют мозгу организовываться, когда происходят события, говорит Лега. Время их срабатывания контролируется мозговыми волнами 5 Гц, называемыми тета-колебаниями, в процессе, известном как прецессия.
Лега исследовал, есть ли у людей также клетки времени, используя задачу памяти, которая предъявляет высокие требования к информации, связанной со временем. Лега и его коллеги набрали добровольцев из группы мониторинга эпилепсии в Институте мозга Питера О'Доннелла-младшего в Юго-Западном университете штата Юта, где пациенты с эпилепсией остаются на несколько дней перед операцией по удалению поврежденных участков мозга, которые вызывают приступы. Электроды, имплантированные в мозг этих пациентов, помогают их хирургам точно идентифицировать очаги припадков, а также дают ценную информацию о внутренней работе мозга, говорит Лега.
Записывая электрическую активность гиппокампа в мозге 27 добровольцев, исследователи заставляли их выполнять задания "свободного запоминания", которые включали чтение списка из 12 слов в течение 30 секунд, выполнение короткой математической задачи, чтобы отвлечь их от репетиции списков, а затем вспоминать как можно больше слов из списка в течение следующих 30 секунд. Эта задача требует связывания каждого слова с отрезком времени (список, в котором оно было), что позволило Леге и его команде искать ячейки времени. То, что команда обнаружила, было захватывающим: они не только идентифицировали устойчивую популяцию временных клеток, но и запуск этих клеток предсказал, насколько хорошо люди были способны связывать слова во времени (явление, называемое временной кластеризацией). Наконец, эти клетки, как и предсказывалось, проявляют фазовую прецессию у людей.
"В течение многих лет ученые предполагали, что клетки времени подобны клею, который скрепляет воспоминания о событиях в нашей жизни", - говорит Лега. "Это открытие особенно элегантно подтверждает эту идею."
Во втором исследовании, посвященном науке, Брэд Пфайффер, доктор философии, доцент нейробиологии, возглавил группу, исследующую клетки места-популяцию клеток гиппокампа как у животных, так и у людей, которые регистрируют, где происходят события. Исследователи давно знают, что, когда животные путешествуют по пути, по которому они были раньше, нейроны кодирующие различные места вдоль пути, будут срабатывать последовательно, подобно тому, как клетки времени срабатывают в порядке временных событий, объясняет Пфайффер. Кроме того, в то время как крысы активно исследуют окружающую среду, клетки места дополнительно организованы в "мини-последовательности", которые представляют собой виртуальную развертку мест перед крысой. Эти радарные развертки происходят примерно 8-10 раз в секунду и, как полагают, являются мозговым механизмом для прогнозирования непосредственно предстоящих событий или результатов.
До этого исследования было известно, что когда крысы перестают бегать, клетки места часто реактивируются в длинных последовательностях, которые, казалось, воспроизводят предыдущий опыт крысы в обратном порядке. Хотя было известно, что эти события" обратного воспроизведения " важны для формирования памяти, было неясно, как гиппокамп способен производить такие последовательности. Действительно, значительная работа показала, что опыт должен усиливать последовательности вперед, "смотреть вперед", но ослаблять события обратного воспроизведения.
Чтобы определить, как эти воспоминания работают вместе, Пфайффер и его коллеги поместили электроды в гиппокамп крыс, а затем позволили им исследовать два разных места: квадратную арену и длинную прямую дорожку. Чтобы побудить их двигаться по этим пространствам, они разместили в разных местах колодцы с шоколадным молоком. Затем они проанализировали активность клеток животных, чтобы увидеть, как она соответствует их местоположению.
Определенные нейроны активизировались, когда крысы бродили по этим пространствам, кодируя информацию на месте. Эти же нейроны запускались в той же последовательности, что и крысы, и периодически запускались в обратном порядке, когда они завершали различные этапы своего путешествия. Однако, внимательно изучив данные, исследователи обнаружили нечто новое: когда крысы двигались через эти пространства, их нейроны демонстрировали не только прямые, прогностические мини-последовательности, но и обратные, ретроспективные мини-последовательности. Прямая и обратная последовательности чередовались друг с другом, каждая из которых занимала всего несколько десятков миллисекунд.
"Пока эти животные двигались вперед, Их мозг постоянно переключался между ожиданием того, что произойдет дальше, и воспоминанием о том, что только что произошло, и все это в течение доли секунды",-говорит Пфайффер.
Пфайффер и его команда в настоящее время изучают, какие сигналы эти клетки получают от других частей мозга, которые заставляют их действовать в этих прямых или обратных паттернах. Теоретически, говорит он, можно было бы захватить эту систему, чтобы помочь мозгу вспомнить, где произошло событие с большей точностью. Точно так же, добавляет Лега, методы стимуляции могут в конечном итоге имитировать точное построение временных ячеек, чтобы помочь людям более точно запоминать временные последовательности событий. "В последние несколько десятилетий произошел взрыв новых открытий о памяти", - добавляет он. "Расстояние между фундаментальными открытиями в области животных и тем, как они могут помочь людям, теперь становится намного короче."
Источник Истории:
атериалы предоставлены юго-западным медицинским центром УТ.