Обнаружено, что наш мозг делит воспоминания на «что» и «где/когда», используя две отдельные группы нейронов. Одна из них реагирует на определённые предметы или людей, другая отслеживает контекст или ситуацию. Когда вы что-то правильно запомнили, эти группы ненадолго соединяются и восстанавливают воспоминание целиком. Эта система может быть ответом на вопрос о том, как мы узнаём одни и те же вещи в абсолютно разных ситуациях.
Чтобы воспоминаниями можно было воспользоваться, мозг должен соединить то, что произошло, с ситуацией, в которой это случилось. Исследователи из Боннского университета открыли, каким образом мозг человека справляется с этой задачей. Их результаты показывают, что две отдельные группы нейронов хранят содержание и контекст отдельно, а затем координируют свою активность, чтобы образовать полноценные воспоминания. Вместо того чтобы смешать оба типа информации в одних и тех же клетках, мозг хранит их по отдельности, и связывает друг с другом, когда в этом возникает необходимость. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.
Люди обладают удивительной способностью узнавать одного и того же человека или предмет в очень разных ситуациях. Например, вы можете с лёгкостью отличить обед с другом от деловых переговоров с тем же самым человеком. «Нам уже известно, что в глубинах центров памяти мозга специфические клетки, которые называются понятийными нейронами, реагируют на этого друга, независимо от окружения, в котором он находится», — говорит проф. Флориан Морманн из Университетской клиники Бонна и участник Междисциплинарной исследовательской зоны (TRA) «Жизнь и здоровье» Боннского университета.
В то же время мозг должен соединить это хранящееся содержание с окружающим контекстом, чтобы создать осмысленное воспоминание. У грызунов отдельные нейроны часто объединяют оба типа информации. Мы задались вопросом: а что если в данном случае человеческий мозг функционирует абсолютно иначе? Что если он размещает содержание и контекст в разных местах, чтобы сделать память более гибкой? И как соединяются эти разные куски информации, когда нам необходимо вспомнить конкретное содержание в связи с контекстом?» — говорит д-р Марсель Бауш, руководитель рабочей группы департамента эпилептологии и участник программы TRA «Жизнь и здоровье» Боннского университета.
Наблюдение за активностью мозга в реальном времени
Чтобы ответить на эти вопросы, исследовательская группа регистрировала электрические сигналы отдельных нейронов у пациентов с устойчивой к препаратам эпилепсией. В клиническую оценку также были включены электроды, предварительно расположенные в гиппокампе и близлежащих областях мозга, критически важных для функционирования памяти. Пока врачи отслеживали случавшиеся с ними приступы, чтобы оценить варианты лечения, пациенты также участвовали в добровольном выполнении задач с использованием компьютеров.
В ходе этих экспериментов участники рассматривали парные изображения и отвечали на разного рода вопросы, связанные с ними. Например, их могли спросить, был ли предмет больше, когда им давали подсказку в виде вопроса: «Больше?» «Это позволяло нам наблюдать, как мозг обрабатывает одно и то же изображение в разных контекстах постановки задачи», — говорит Морманн.
Две отдельные системы нейронов для памяти
Учёные исследовали активность свыше 3000 нейронов и установили две очень отличающиеся друг от друга группы. Одна группа, известная как нейроны содержания, реагировала на такие специфические изображения, как печенье, независимо от того, какое выполнялось задание. Другая группа, именуемая контекстными нейронами, реагировала на тип задаваемого вопроса, например «Больше?», независимо от демонстрируемого изображения. В отличие от исследований, полученных на модели грызунов, лишь небольшое количество нейронов выполняло обе роли одновременно.
«Основным результатом стало то, что эти две независимые группы нейронов кодировали содержание и контекст вместе и в наиболее надёжном формате, когда пациенты правильно выполняли задание», — говорит Бауш.
Как мозг восстанавливает воспоминания по подсказкам
По мере прогрессирования эксперимента взаимодействие между этими двумя группами нейронов становилось сильнее. Активность в нейроне содержимого начала предвосхищать реакцию контекстного нейрона всего через несколько десятых долей миллисекунды. «Похоже, что нейрон «печенье» учился стимулировать нейрон «Больше?», — говорит Морманн.
Это взаимодействие выступает в роли системы контроля, обеспечивающей в процессе вспоминания использование только соответствующего ситуации контекста. Этот процесс, известный как заполнение шаблона, позволяет мозгу полностью восстанавливать воспоминание, даже когда доступна только одна часть информации. По мнению учёных это разделение ролей помогает объяснить, почему человеческая память может так хорошо адаптироваться. Храня содержание и контекст в разных «библиотеках нейронов», мозг может использовать одни и те же знания в различных ситуациях без необходимости существования отдельных нейронов для каждой возможной комбинации.
«Такое разделение труда, вероятно, объясняет гибкость человеческой памяти: мозг может повторно использовать одно и то же понятие в бесконечном количестве новых ситуаций без необходимости использования специальных нейронов для каждой отдельной комбинации, сохраняя содержание и контекст в отдельных «нейронных библиотеках», — говорит Бауш. Морманн добавляет: «Способность этих групп нейронов спонтанно связываться позволяет нам обобщать информацию и одновременно сохранять специфические детали отдельных событий».
Ближайшие перспективы в исследованиях памяти
В данном исследовании контекст определялся демонстрируемыми на экране вопросами. Однако, контекст в условиях объективной реальности также бывает пассивным, таким, как окружающая вас обстановка. Будущие исследования определят, обрабатывает ли мозг такие контексты повседневности таким же образом. Также ученые планируют испытать эти механизмы в неклинических условиях.
Ещё одним важным шагом было изучить, что происходит, когда взаимодействие между этими группами нейронов преднамеренно нарушено. Это может показать, влияет ли такое вмешательство на способность человека формировать верные воспоминания в правильном контексте или с точностью принимать решения.
Исследование проводилось при финансовой поддержке совместного проекта iBehave Немецкого научно-исследовательского общества, Фонда Volkswagen и Северной Рейн-Вестфалии.
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Боннским университетом (University of Bonn).
Вам также может быть интересно: