Почему перемена мест улучшает память?

Исследователи Седарс-Синайского медицинского центра (США) открыли новый тип клеток мозга: клетки, участвующие в формировании памяти, которые отмечают границу между отдельными событиями, переживаемыми человеком. В честь этого механизма данные нейроны — они возбуждаются, когда происходят новые события — были названы «пограничными клетками». Ранее они никогда не наблюдались, поэтому данное открытие является фундаментальным. Помимо того, что оно прояснило, как головной мозг создает и хранит воспоминания, исследование также помогло прояснить некоторые механизмы развития болезней с нарушениями памяти.

Исследование под эгидой межведомственного консорциума BRAIN  Initiative возглавил доктор философии, профессор факультета вычислительных и нейронных систем отделения биологии и биоинженерии Калифорнийского технологического института, председатель Совета правления Центра неврологии и биомедицины Седарс-Синайского медицинского центра Уэли Рутисхаузер. После докторантуры в Институте исследований мозга им. Макса Планка во Франкфурте, в 2012 году он открыл собственную лабораторию и в дальнейшие годы получил премии «Лидеры следующего поколения» Института наук о мозге Аллена (2014), NIMH Brains (2017) и стал членом Общества исследования нарушений памяти (2018). Рутисхаузер является соредактором учебника «Исследования одиночных нейронов человеческого мозга» (MIT Press), в котором пристально рассматриваются механизмы обучения, запоминания и принятия решений на уровне отдельных нейронов.

Целью доктора Уэли Рутисхаузера было доказать, что память не является непрерывной и формируется отдельными кластерами. Для этого он ввел 19 пациентам-эпилептикам (их заболевание было лекарственно-устойчивым) в гиппокамп электроды и попросил просмотреть различные эпизоды из фильмов. Активность около 7% нейронов достигала пика, когда на экране происходило что-то новое — что, согласно выводу ученых, сигнализировало о необходимости мозга сформировать на когнитивной границе новую память, подобно тому, как на компьютере мы создаем новую папку для файлов. «Это происходит, когда активизировавшиеся клетки переводят мозг в состояние, подходящее для инициации новой памяти. Тогда вы можете поместить туда файлы. И когда появляется другая граница, вы закрываете первую папку и создаете другую».

«Разница между жесткими и мягкими границами заключается в размере отклонения от продолжающегося повествования: это совсем другая история или новая сцена из той же», — объяснил Рутисхаузер. Группа нейронов, названная «событийными клетками», повышала свою активность только в ответ на переход «жесткой» границы.

Также ученые предположили, что мозг использует пограничные клетки в качестве маркеров для беглого просмотра воспоминаний из прошлого. Когда мозг находит знакомый паттерн в текущей жизни, эти маркеры срабатывают и «открывают» данное событие. Для извлечения воспоминаний мозг использует граничные пики как то, что руководитель исследования назвал «якорями для мысленного путешествия во времени». При этом  участники исследования с большей вероятностью запоминали изображения, которые следовали на небольшом отдалении после жесткой или мягкой границы, когда создавалась новая «папка памяти».

Гиппокамп и окружающие его области имеют решающее значение для создания новых воспоминаний и сегментации событий. Гиппокамп решает, какие сцены запоминать, а какие нет. Новое исследование (его результаты опубликованы в рецензируемом журнале «Неврология природы») идентифицировало нейроны, которые разделяют опыт на сегменты, а в дальнейшем доктор Рутисхаузер и его команда планируют использовать стимуляцию тета-ритма и химический дофамин, чтобы разработать новые методы лечения таких нарушений памяти, как деменция и болезнь Альцгеймера. Принцип лечения, считает ученый, должен состоять в улучшении сегментации событий. Даже такая простая вещь, как изменение атмосферы, может усилить их границы, говорит ученый: «Эффект контекста на самом деле довольно сильный: если вы будете заниматься в новом месте, где раньше никогда не были, а не на своем диване, где все знакомо, вы создадите гораздо более сильную память о материале».

В исследовательскую группу входили доктора философии Цзе Чжэн, нейробиолог из Бостонской детской больницы Габриэль Крейман, нейрохирург Тофик А. Валианте и д.м.н., директор программы функциональной нейрохирургии в Cedars-Sinai Адам Мамелак. «Считается, что тета-ритмы являются временным клеем для эпизодической памяти, — отметил Чжэн. — Мы думаем, что запуск событийных ячеек синхронно с тета-ритмом создает временные связи между разными типами памяти».