Нейробиологи Стэнфордского университета и Института неврологии Ву Цай в экспериментах на мышах засняли в реальном времени процесс формирования моторной памяти мыши. Ученым удалось увидеть, как новые стимулы сохраняются в памяти и как происходит процесс припоминания. Это важный шаг к новым методам восстановления при болезни Паркинсона, когда страдает моторная память.
Почему тот, кто не катался на велосипеде десятилетиями, скорее всего, сядет и поедет безо всяких проблем, но, вероятно, не сможет вспомнить больше, чем одно-два имени одноклассников из начальной школы? Это может быть связано с тем, что физические навыки или двигательные воспоминания, кодируются в нашем мозгу иначе, чем наши воспоминания об именах или фактах.
Новое исследование, проведенное нейробиологами, показывает, как именно формируются двигательные воспоминания, и почему они такие стойкие. Это может помочь выявить первопричины двигательных расстройств, таких как болезнь Паркинсона и даже наметить возможное лечение.
Моторная память
«Моторная память уникальна, — сказал Джун Дин, доцент нейрохирургии и неврологии Института нейронаук Ву Цай. — В некоторых исследованиях болезни Альцгеймера участвовали музыканты. Они не могли вспомнить свои семьи, но они все еще могли играть прекрасную музыку. Очевидно, что существует огромная разница в том, как формируются моторные воспоминания».
Считается, что воспоминания закодированы в мозге в виде активных сетей из сотен или тысяч нейронов, иногда распределенных по отдаленным областям мозга. Такая концепция иногда называется энграммой памяти. Она существует уже более века, но точно определить, что такое энграмма, и как она закодирована, оказалось чрезвычайно сложно.
Предыдущие исследования показали, что некоторые формы обучения активируют определенные нейроны, и эти же нейроны активируются при воспроизведении заученных воспоминаний. Однако оставалось неизвестным, существуют ли энграммы памяти при обучении двигательным навыкам.
«Когда вы впервые учитесь бросать баскетбольный мяч, вы используете самые разные наборы нейронов каждый раз, когда бросаете мяч, но по мере того, как вы тренируетесь, вы учитесь использовать более совершенный набор, который повторяется от попытке к попытке», — сказал один из авторов исследования Ричард Рот из Стэнфордского университета.
Умные мыши
В своем новом исследовании ученые научили мышей использовать свои лапы, чтобы доставать вкусные шарики через небольшую прорезь. Используя методы оптогенетики, исследователи смогли выделить определенные нейроны в моторной коре головного мозга — области, ответственной за управление движениями, — которые были активны во время обучения. Исследователи пометили эти потенциальные энграммы флуоресцентным маркером, чтобы увидеть, будут ли они активны при воспоминании.
Когда несколько недель спустя исследователи проверили память животных об этом новом навыке, они обнаружили, что те мыши, которые все еще помнили выученный навык, демонстрировали повышенную активность в тех же самых нейронах, которые были впервые идентифицированы в период обучения. Так исследователи наблюдали за формированием энграмм памяти.
Исследователи использовали двухфотонную микроскопию для наблюдения за живыми цепями нейронов в реальном времени. Они наблюдали, как «энграммные нейроны» перепрограммируют себя по мере обучения мышей.
Болезнь Паркинсона
Исследователи говорят, что, повторяя выученные навыки, мы постоянно укрепляем моторные энграммы. Это то, что подразумевается под термином «мышечная память» — высоко избыточная сеть двигательных энграмм, используемая так часто, что связанный с ней навык кажется автоматическим. Даже ходьба — это двигательный навык, который мы все когда-то выучили и, в принципе, его можно забыть.
Если болезнь Паркинсона является результатом заблокированной моторной памяти, то пациенты могут улучшить свои двигательные способности, просто практикуя и укрепляя двигательные навыки. Но если болезнь Паркинсона разрушает моторные энграммы и препятствует созданию новых, то для эффективного лечения необходимо использовать совершенно другой подход. В этом случае повторение бесполезно.
«Наша следующая цель — понять, что происходит при двигательных расстройствах, таких как болезнь Паркинсона, — сказал Дин. — Очевидно, что мы все еще далеки от лечения, но понимание того, как формируются двигательные навыки, имеет решающее значение, если мы хотим понять, почему они нарушаются болезнью».