Исследователи наблюдают за формированием памяти в режиме реального времени

Исследователи наблюдают за формированием памяти в режиме реального времени

Почему тот, кто не катался на велосипеде десятилетиями, скорее всего, вскочит и уедет без колебаний, но, вероятно, не сможет вспомнить больше, чем одно или два имени из своего 3-го класса?

Это может быть связано с тем, что физические навыки, которые нейробиологи называют двигательными воспоминаниями, кодируются в нашем мозгу иначе, чем наши воспоминания об именах или фактах.

Теперь новое исследование, проведенное учеными из Института неврологии Ву Цай, показывает, как именно формируются двигательные воспоминания и почему они такие стойкие. Это может даже помочь выявить первопричины двигательных расстройств, таких как болезнь Паркинсона.

Считается, что воспоминания закодированы в мозге в виде активности сетей из сотен или тысяч нейронов, иногда распределенных по отдаленным областям мозга. Концепция такого следа памяти — иногда называемого инграммой памяти — существует уже более века, но точно определить, что такое инграмма и как она закодирована, оказалось чрезвычайно сложно. Предыдущие исследования показали, что некоторые формы обучения активируют определенные нейроны, которые снова активируются при воспроизведении заученных воспоминаний. Однако остаются неизвестными, существуют ли нейроны энграмм памяти для обучения двигательным навыкам.

В своем новом исследовании, опубликованном 8 июля 2022 года в журнале Neuron , исследователи научили мышей использовать свои лапы, чтобы доставать пищевые гранулы через небольшую прорезь. Используя генетическое волшебство, разработанное в лаборатории Лицюна Луо, коллеги из Института неврологии Ву Цая на кафедре биологии, исследователи смогли идентифицировать определенные нейроны в моторной коре головного мозга — области, ответственной за управление движениями, — которые были активированы во время обучения. процесс. Исследователи пометили эти потенциальные инграммы флуоресцентным маркером, чтобы увидеть, играют ли они роль в воспоминании позже.

Когда несколько недель спустя исследователи проверили память животных об этом новом навыке, они обнаружили, что те мыши, которые все еще помнили этот навык, демонстрировали повышенную активность в тех же самых нейронах, которые были впервые идентифицированы в период обучения, показывая, что эти нейроны ответственны за кодирование. умение: исследователи наблюдали за формированием инграмм памяти.

Но как именно эти группы нейронов берут на себя ответственность за изучение новой задачи? И как они на самом деле улучшают производительность животного?

Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи приблизились. Используя двухфотонную микроскопию для наблюдения за этими живыми цепями в действии, они наблюдали, как так называемые «инграммные нейроны» перепрограммируют себя по мере обучения мышей. Энграммные клетки моторной коры получили новые синаптические входы — потенциально отражающие информацию о достигающем движении — и сами сформировали новые мощные выходные связи в отдаленной области мозга, называемой дорсолатеральным полосатым телом — ключевой промежуточной станцией, через которую нейроны инграммы могут осуществлять усовершенствованный контроль над движениями животного. движения. Это был первый случай, когда кто-либо наблюдал создание новых синаптических путей на одной и той же популяции нейронов — как на входном, так и на выходном уровне — в этих двух областях мозга.

Способность отслеживать новые воспоминания, формирующиеся в мозгу мыши, позволила исследовательской группе принять участие в давнем споре о том, как навыки хранятся в мозгу: контролируются ли они из одного центрального следа памяти, или инграммы, или память избыточна? хранится во многих различных областях мозга? Хотя это исследование не может сбрасывать со счетов идею централизованной памяти, оно придает убедительности противоположной теории. Еще один интересный вопрос заключается в том, требуется ли активация этих инграммных нейронов для выполнения уже выученных двигательных задач. Исследователи предположили, что, подавляя активность нейронов, которые были идентифицированы как часть энграммы памяти моторной коры, мыши, вероятно, все же смогут выполнять эту задачу.

«Думайте о памяти как о шоссе. Если 101 и 280 оба закрыты, вы все равно можете добраться до Стэнфорда из Сан-Франциско, просто это займет намного больше времени», — сказал Дин.

Эти данные свидетельствуют о том, что моторные воспоминания не только рассредоточены, но и весьма избыточны. Исследователи говорят, что, повторяя изученные навыки, мы постоянно укрепляем моторные инграммы, создавая новые связи — совершенствуя навык. Это то, что подразумевается под термином «мышечная память» — утонченная, очень избыточная сеть двигательных инграмм, используемая так часто, что связанный с ней навык кажется автоматическим.

Дин считает, что это постоянное повторение является одной из причин стойкости моторной памяти , но не единственной. На постоянство памяти также может влиять навык, связанный с вознаграждением, возможно, через нейротрансмиттер дофамин. Хотя исследовательская группа не обращалась к этому напрямую в этом исследовании, предыдущая работа Дина по болезни Паркинсона предполагает наличие связи.

«В настоящее время считается, что болезнь Паркинсона является результатом блокировки этих моторных инграмм, но что, если они на самом деле теряются, и люди забывают эти навыки?» сказал Дин. «Помните, что даже ходьба — это двигательный навык, который мы все когда-то выучили, и потенциально его можно забыть».

Это вопрос, на который исследователи надеются ответить в последующем исследовании, потому что он может стать ключом к разработке эффективных методов лечения двигательных расстройств. Если болезнь Паркинсона является результатом заблокированной двигательной памяти, то пациенты должны иметь возможность улучшить свои двигательные способности, практикуя и укрепляя эти двигательные навыки. С другой стороны, если болезнь Паркинсона разрушает моторные инграммы и препятствует созданию новых — путем воздействия на нейроны моторных инграмм и их синаптическую связь, наблюдаемую в новом исследовании группы, — то для эффективного лечения необходимо использовать совершенно другой подход.

«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 моторные навыки, имеет решающее значение, если мы хотим понять, почему они нарушаются болезнью».

Актуальные новости России и мира