Исследование, финансируемое NIH, идентифицирует клетки мозга, которые формируют границы между отдельными событиями.
Исследователи определили два типа клеток в нашем мозгу, которые участвуют в организации дискретных воспоминаний в зависимости от того, когда они произошли. Это открытие улучшает наше понимание того, как человеческий мозг формирует воспоминания, и может иметь значение при нарушениях памяти, таких как болезнь Альцгеймера . Исследование было поддержано Инициативой исследования мозга Национального института здравоохранения посредством продвижения инновационных нейротехнологий (BRAIN) и опубликовано в журнале Nature Neuroscience .
«Эта работа меняет то, как исследователи изучают способ мышления человеческого мозга», — сказал Джим Гнадт, доктор философии, программный директор Национального института неврологических расстройств и инсульта и Инициативы NIH BRAIN. «Это привносит в нейронауку человека подход, который ранее применялся у нечеловеческих приматов и грызунов, путем записи непосредственно с нейронов, которые генерируют мысли».
Это исследование, проведенное под руководством Уэли Рутисхаузера, доктора философии, профессора нейрохирургии, неврологии и биомедицинских наук в медицинском центре Cedars-Sinai в Лос-Анджелесе, началось с обманчиво простого вопроса: как наш мозг формирует и организует воспоминания? Мы проживаем нашу бодрствующую жизнь как один непрерывный опыт, но, основываясь на исследованиях человеческого поведения, считается, что мы храним эти жизненные события как отдельные, отдельные моменты. Что отмечает начало и конец воспоминаний? Эта теория называется «сегментацией событий», и мы относительно мало знаем о том, как этот процесс работает в человеческом мозгу.
Чтобы изучить это, Рутисхаузер и его коллеги работали с 20 пациентами, которым проводилась внутричерепная запись мозговой активности для руководства хирургическим лечением их резистентной к лекарствам эпилепсии. Они изучали, как на мозговую активность пациентов влияли видеоклипы, содержащие различные типы «когнитивных границ» — переходы, которые, как считается, вызывают изменения в том, как хранится память, и которые отмечают начало и конец «файлов» памяти в мозгу. .
Первый тип, называемый «мягкой границей», представляет собой видео, содержащее сцену, которая затем переходит к другой сцене, продолжающей ту же историю. Например, бейсбольный матч, показывающий подачу, и когда отбивающий ударяет по мячу, камера переключается на кадр полевого игрока, играющего. Напротив, «жесткая граница» — это переход к совершенно другой истории — представьте, если бы за отбитым мячом сразу же следовал переход к рекламе.
Цзе Чжэн, доктор философии, научный сотрудник Детской больницы Бостона и первый автор исследования, объяснил ключевое различие между двумя границами.
«Это новая сцена в той же истории или мы смотрим совершенно другую историю? То, насколько повествование меняется от одного клипа к другому, определяет тип когнитивной границы», — сказал Чжэн.
Исследователи записали мозговую активность участников во время просмотра видео и заметили две отдельные группы клеток, которые реагировали на разные типы границ, увеличивая свою активность. Одна группа, называемая «граничными клетками», стала более активной в ответ на мягкую или жесткую границу. Вторая группа, называемая «ячейками событий», реагировала только на жесткие границы. Это привело к теории о том, что создание новой памяти происходит, когда наблюдается пик активности как пограничных, так и событийных клеток, что происходит только после жесткой границы.
Одной из аналогий того, как воспоминания могут храниться в мозгу и как к ним можно обращаться, является то, как фотографии хранятся на вашем телефоне или компьютере. Часто фотографии автоматически группируются в события в зависимости от того, когда и где они были сделаны, а затем отображаются для вас как ключевая фотография этого события. Когда вы нажимаете или нажимаете на эту фотографию, вы можете перейти к этому конкретному событию.
«Реакцию на границы можно рассматривать как создание нового фотособытия», — сказал доктор Рутисхаузер. «По мере того, как вы создаете память, к этому событию добавляются новые фотографии. Когда возникает жесткая граница, это событие закрывается и начинается новое. Мягкие границы можно представить для представления новых образов, созданных в рамках одного события».
Затем исследователи рассмотрели восстановление памяти и то, как этот процесс связан с возбуждением пограничных и событийных клеток. Они предположили, что мозг использует граничные пики в качестве маркеров для «беглого просмотра» прошлых воспоминаний, во многом так же, как ключевые фотографии используются для идентификации событий. Когда мозг находит знакомый паттерн срабатывания, он «открывает» это событие.
Были использованы два разных теста памяти, предназначенных для изучения этой теории. В первом участникам показывали серию неподвижных изображений и спрашивали, были ли они кадрами из только что просмотренных видеоклипов. Участники исследования с большей вероятностью запоминали изображения, которые возникали вскоре после жесткой или мягкой границы, когда создавалась новая «фотография» или «событие».
Во втором тесте испытуемым показывали пары изображений, взятых из только что просмотренных видеоклипов. Затем участников спросили, какое из двух изображений появилось первым. Оказалось, что им было гораздо труднее выбрать правильное изображение, если они находились по разные стороны жесткой границы, возможно, потому, что они были помещены в разные «события».
Эти результаты дают представление о том, как человеческий мозг создает, хранит и получает доступ к воспоминаниям. Поскольку сегментация событий — это процесс, на который можно повлиять у людей, живущих с нарушениями памяти, эти идеи могут быть применены для разработки новых методов лечения.
В будущем доктор Рутисхаузер и его команда планируют рассмотреть два возможных пути разработки методов лечения, основанных на этих открытиях. Во-первых, нейроны, которые используют химический дофамин, который наиболее известен своей ролью в механизмах вознаграждения, могут быть активированы пограничными и событийными клетками, что предполагает возможную мишень для усиления формирования воспоминаний.
Во-вторых, один из нормальных внутренних ритмов мозга, известный как тета-ритм, связан с обучением и памятью. Если событийные ячейки срабатывали в соответствии с этим ритмом, участникам было легче запомнить порядок изображений, которые им показывали. Поскольку глубокая стимуляция мозга может влиять на тета-ритмы, это может быть еще одним способом лечения пациентов с определенными нарушениями памяти.