Где мозг хранит информацию?

Нейроны памяти нашли в таких областях мозга, которые до сих пор в зонах памяти не числились.

Где мозг может хранить информацию? Обычно называют гиппокамп и некоторые зоны префронтальной коры. Однако и про гиппокамп, и про зоны коры обычно уточняют, что это одни из центров памяти, пусть даже и главные. Такое уточнение тем более необходимо в свете последней статьи в Nature Communications, в которой говорится, что воспоминания распределяются по всему мозгу, попадая даже в те области, которые до сих пор с памятью никто не связывал.

Авторы работы искали в мозге мышей так называемые энграммные нейроны. Под энграммой понимают след, оставленный раздражителем; если говорить о нейронах, то повторяющиеся сигналы — звук, запах, некая обстановка и т. д. — должны провоцировать в них некие физические и биохимические изменения. Если стимул потом повторится, то «след» активируется, и клетки, в которых он есть, вызовут из памяти всё воспоминание целиком. Иными словами, у нас энграммные («ключевые») нейроны отвечают за доступ к записанной информации, а чтобы сами они заработали, на них должен подействовать ключевой сигнал; очевидно, что сами такие клетки должны уметь как-то сохранять в себе информацию о тех или иных стимулах.

Об энграммных нейронах мы неоднократно писали в связи с исследованиями Судзуми Тонегавы (Susumu Tonegawa) и его коллег из Массачусетского технологического института — они есть и среди авторов новой статьи. Энграммные клетки участвуют как в кратковременной, так и в долговременной памяти, помогают воспоминаниям соединяться друг с другом и т. д.; однако большей частью такие нейроны искали опять же либо в гиппокампе, либо в коре.

В новых экспериментах клетки памяти искали уже в 247 областях мозга. Мышей брали из знакомой безопасной клетки и сажали в другую, незнакомую, в которой их слегка били электрическим током — так у мышей формировали неприятное воспоминание о новой клетке. При этом у некоторых мышей нейроны были генетически модифицированы — клетки начинали флуоресцировать, если в них активировался ген, необходимый для записывания информации. У других мышей всё было немного иначе: их нейроны начинали флуоресцировать, когда уже записанное воспоминание активировалось (то есть когда они снова оказывались в «электроклетке»). Свечение оставалось надолго, так что мозг можно было успеть вытащить, сделать прозрачным и тщательно изучить под микроскопом.

Естественно, что мозг, который запомнил неприятный опыт, и мозг, которому пришлось этот опыт вспомнить, сравнивали с мозгом, которому никаких неприятностей не выпадало — таким образом можно было определить те нейроны, которые действительно имеют отношение к памяти. Оказалось, что 117 зон мышиного мозга в той или иной степени участвуют в том, что мышь запоминает удар током в незнакомой клетке. Но чтобы быть энграммной клеткой, нейрон должен участвовать как в первичном формировании памяти, так и в последующей активации воспоминаний. Изначально в этих 117 зонах были отдельно те, в которых нейроны в первый раз запоминают стимул, и отдельно те, которые потом помогают вспомнить, что тебя ждёт в конкретной обстановке. Когда данные тех и других зон мозга объединили, то выяснилось, что энграммные клетки есть примерно в 60% из них, и кроме ожидаемых гиппокампа, коры и миндалевидного тела (отвечающего за эмоции), среди энграммных зон были области таламуса, среднего мозга и ствола мозга.

Результаты перепроверили в других экспериментах, в которых нейроны этих зон подвергали оптогенетической модификации — так, чтобы нервные клетки можно было включать или выключать световыми импульсами, подаваемыми в мозг по оптоволокну. В итоге удалось подтвердить, что нейроны из разных областей мозга действительно работают энграммными клетками: если их активировали, мышь впадала в стресс, хотя в этот момент она находилась в знакомой и безопасной обстановке.

Также удалось показать, что энграммные клетки образуют что-то вроде комплексов, когда стимуляция энграммного нейрона в гиппокампе будит другие нейроны в тех самых отдалённых зонах, которые, как считалось, не имеют отношения к памяти. Более того, чтобы воспоминание оказалось наиболее ярким, нужно включить энграммные нейроны сразу в нескольких зонах: то есть если активировать «ключи памяти» в одном только гиппокампе, мышь будет бояться не так сильно, чем если активировать их сразу в трёх участках мозга.

Распределение памяти по всему мозгу делает её более надёжной. Но также вполне может быть, что разные энграммные клетки, пусть и имеющие отношение к одному и тому же воспоминанию, выполняют разные задачи. Всё-таки любое воспоминание — это комплекс разнородной информации, и энграммные клетки могут быть нацелены на разные информационные составляющие одного и того же воспоминания. Может быть, индивидуальные особенности нашей памяти связаны как раз с теми отличиями, которые есть у разных клеток одного и того же энграммного комплекса, распределённого по нескольким зонам мозга.

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29384-4
https://www.nkj.ru/news/43825/