Когда у нас появляется новый опыт, память об этом событии сохраняется в нейронной цепи, которая соединяет несколько частей гиппокампа и другие структуры мозга. Каждый кластер нейронов может хранить различные аспекты памяти, такие как место, где произошло событие, или связанные с ним эмоции.
Нейробиологи, изучающие память, долгое время считали, что, когда мы вспоминаем эти воспоминания, наш мозг включает ту же цепь гиппокампа, которая была активирована, когда память была первоначально сформирована. Однако нейробиологи из Массачусетского технологического института впервые показали, что для вызова воспоминаний требуется "объезд" схема, которая ответвляется от исходной схемы памяти.
"В этом исследовании рассматривается один из самых фундаментальных вопросов исследования мозга, а именно, как формируются и извлекаются эпизодические воспоминания, и приводятся доказательства неожиданного ответа: дифференциальные схемы извлечения и формирования," говорит Сусуму Тонегава, профессор биологии и нейробиологии Пикауэра, директор Центра генетики нейронных цепей RIKEN-MIT в Институте обучения и памяти Пикауэра и старший автор исследования.
Эта отчетливая цепь воспоминаний никогда раньше не наблюдалась у позвоночных животных, хотя исследование, опубликованное в прошлом году, обнаружило аналогичную цепь воспоминаний у червя Caenorhabditis elegans.
Дирадж Рой, недавно получивший докторскую степень в Массачусетском технологическом институте, и ученый-исследователь Такаши Китамура являются ведущими авторами статьи, опубликованной в августе. 17 онлайн-издание Cell. Другими авторами Массачусетского технологического института являются постдоки Терухиро Окуяма и Сачи Огава, а также аспирант Чен Сун. Юичи Обата и Ацуши Йошики из Института исследований мозга RIKEN также являются авторами статьи.
Детали неизвестны
Гиппокамп разделен на несколько областей с различными функциями, связанными с памятью, большинство из которых хорошо изучены, но небольшая область, называемая субикулумом, мало изучена. Лаборатория Тонегавы намеревалась исследовать этот регион с использованием мышей, которые были генетически сконструированы таким образом, чтобы их нейроны субикулума можно было включать или выключать с помощью света.
Исследователи использовали этот подход для управления ячейками памяти во время события, вызывающего страх, то есть легкого поражения электрическим током, когда мышь находится в определенной камере.
Предыдущие исследования показали, что при кодировании этих воспоминаний участвуют клетки в части гиппокампа, называемой CA1, которая затем передает информацию в другую структуру мозга, называемую энторинальной корой. В каждом месте активируются небольшие подмножества нейронов, образуя следы памяти, известные как инграммы.
"Считалось, что цепи, которые участвуют в формировании инграмм, такие же, как цепи, участвующие в реактивации этих клеток, которая происходит во время процесса отзыва," Тонегава говорит.
Однако ученые ранее определили анатомические связи, которые отходят от CA1 через субикулюм, который затем соединяется с энторинальной корой. Функция этого контура и субикулума в целом была неизвестна.
В одной группе мышей команда Массачусетского технологического института подавляла нейроны субикулюма, когда мышей подвергали условному рефлексу страха, что не повлияло на их способность позже вспоминать опыт. Однако в другой группе они подавляли нейроны субикулума после того, как возникло условное обозначение страха, когда мышей поместили обратно в исходную камеру. Эти мыши не проявляли обычной реакции страха, демонстрируя, что их способность вспоминать была нарушена.
Это свидетельствует о том, что обходной контур с участием субикулума необходим для вызова памяти, но не для ее формирования. Другие эксперименты показали, что прямой контур от CA1 до энторинальной коры не является необходимым для вызова памяти, но необходим для формирования памяти.
"Изначально мы не ожидали, что результат будет таким," Тонегава говорит. "Мы просто планировали изучить, какова может быть функция субикулюма."
Редактирование воспоминаний
Зачем гиппокампу две разные цепи для формирования памяти и отзыва? Исследователи нашли доказательства двух возможных объяснений. Во-первых, взаимодействие двух цепей облегчает редактирование или обновление воспоминаний. Когда активируется схема отзыва, одновременная активация схемы формирования памяти позволяет добавлять новую информацию.
"Мы думаем, что наличие этих параллельных цепей помогает животному сначала вспомнить воспоминания и, при необходимости, закодировать новую информацию," Рой говорит. "Очень часто, когда вы вспоминаете предыдущий опыт, если есть что-то новое, что нужно добавить, чтобы включить новую информацию в существующую память."
Другая возможная функция обходного контура – стимулировать более длительные реакции на стресс. Исследователи обнаружили, что субикулум соединяется с парой структур в гипоталамусе, известных как маммиллярные тела, которые стимулируют высвобождение гормонов стресса, называемых кортикостероидами. Это происходит как минимум через час после того, как всплыли страшные воспоминания.
Хотя исследователи определили двухконтурную систему в экспериментах с воспоминаниями с эмоциональным компонентом (как положительным, так и отрицательным), система, вероятно, участвует в любом виде эпизодической памяти, говорят исследователи.
По словам исследователей, полученные данные также предполагают интригующую возможность, связанную с болезнью Альцгеймера. В прошлом году Рой и другие в лаборатории Тонегавы обнаружили, что мыши с разновидностью болезни Альцгеймера на ранней стадии плохо вспоминают воспоминания, но все же способны формировать новые воспоминания. Новое исследование предполагает, что этот субикулюмный контур может быть затронут при болезни Альцгеймера, хотя исследователи этого не изучали.