Ученые раскрыли тайну огромной емкости памяти человеческого мозга

Американские ученые из Массачусетского технологического института предложили революционную гипотезу, объясняющую, почему человеческий мозг обладает гораздо большим объемом памяти, чем можно было бы ожидать, учитывая только работу нейронов. Исследование опубликовано в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Команда полагает, что звездообразные клетки мозга — астроциты — играют критическую роль в хранении информации, работая в тесной связке с нейронами.

Долгое время астроциты считались лишь вспомогательными клетками, выполняющими функции «уборщиков» — они снабжают нейроны питательными веществами, регулируют кровоснабжение и удаляют продукты распада. Однако последние исследования показали, что эти клетки активно участвуют в когнитивных процессах, включая память.

Каждый астроцит образует тысячи отростков, обвивающих синапсы — места контакта между нейронами. Это формирует так называемые трехкомпонентные синапсы, где астроциты могут влиять на передачу сигналов. Ранее было доказано, что при нарушении связи между астроцитами и нейронами гиппокампа (области мозга, ответственной за память) ухудшается как запоминание, так и воспроизведение информации.

Хотя астроциты не генерируют электрические импульсы, как нейроны, они используют колебания уровня кальция для координации своей активности. Эти сигналы позволяют им «чувствовать» нейронную активность и отвечать высвобождением глиотрансмиттеров — молекул, аналогичных нейротрансмиттерам.

Чтобы проверить свою гипотезу, команда создала математическую модель, объединяющую нейроны и астроциты в аналог сети Хопфилда — классической модели ассоциативной памяти. Однако традиционные сети такого типа не могут объяснить огромную емкость человеческой памяти.

Решение нашлось в идее «плотной ассоциативной памяти», где информация кодируется через сложные взаимодействия множества клеток. Поскольку один астроцит связан с сотнями тысяч синапсов, он может выступать в роли «моста», позволяя нейронам формировать высокоуровневые связи.

Модель предсказывает, что память в мозге кодируется через постепенные изменения кальциевых паттернов в астроцитах, которые затем передают информацию нейронам. Эта система не только высокоэффективна, но и энергетически экономична.

Открытие может иметь далеко идущие последствия. Во-первых, оно дает нейробиологам новую мишень для исследований — манипулируя связями астроцитов, можно изучать механизмы памяти. Во-вторых, принципы работы нейро-астроцитарных сетей могут быть использованы в искусственном интеллекте для создания более мощных и энергоэффективных алгоритмов.