У людей есть врожденная способность хранить важную информацию в своем уме в течение коротких периодов времени, способность, известная как кратковременная память. За последние несколько десятилетий многие нейробиологи пытались понять, как нейронные цепи хранят кратковременную память, поскольку это может привести к подходам к оказанию помощи людям, чья память слабеет, и помочь разработать меры по улучшению памяти.

Исследователи из Стэнфорда и Исследовательского кампуса Janelia в Медицинском институте Говарда Хьюза недавно определили мотивы нейронных цепей, участвующих в том, как люди хранят кратковременные воспоминания. Их результаты, опубликованные в Nature Neuroscience, предполагают, что нейронные цепи, связанные с памятью, содержат рекуррентно связанные модули, которые независимо поддерживают избирательную и непрерывную активность.

“Кратковременная память составляет примерно 10 секунд или около того, например, если вам нужно было запомнить номер телефона, пока вы искали ручку, чтобы написать номер”, – сказал Кайвон Дайе, один из исследователей, проводивших это исследование, в интервью Medical Xpress. “Отдельные нейроны, однако, очень забывчивы, так как они могут помнить свои входные сигналы только около 10 миллисекунд. Было выдвинуто предположение, что если бы два забывающих нейрона были соединены друг с другом, они могли бы постоянно напоминать друг другу о том, что они должны были помнить, так что схема теперь может удерживать информацию в течение многих секунд.”

Основной целью исследования, проведенного Дайе и его коллегами Карелом Свободой и Шаулем Дракманном, было понять, как нейроны кодируют кратковременные воспоминания. Например, они хотели определить, обмениваются ли два нейрона, связанные друг с другом, информацией, которую люди пытаются запомнить, позволяя нейронной цепи хранить эту информацию в течение нескольких секунд. Исследователи проверили эту идею, измерив взаимодействие между различными нейронами.

Хотя идея о том, что нейроны, хранящие воспоминания, связаны, существует уже некоторое время, экспериментальная проверка ее оказалась довольно сложной. Чтобы проверить это, исследователям сначала нужно будет идентифицировать нейроны, которые хранят воспоминания, а затем измерить их связность. Для этого Дайе и его коллеги использовали недавно разработанные методы, которые позволяют ученым регистрировать и манипулировать нейронной активностью с высокой степенью точности с помощью света.

“Используя ряд недавно разработанных методов, мы могли бы активировать определенные нейроны, а затем наблюдать, как эти нейроны влияют на остальную часть цепи”, – сказал Дайе. “Наш прогноз был таков: если мы стимулируем нейрон памяти, мы должны увидеть повышенную активность в соседних нейронах памяти.”

Нейроны имеют цветовую кодировку, отражающую их активность в течение периода памяти. После характеристики сетевой активности исследователи выбрали группу нейронов, которые были избирательны для памяти типа 1 (черные круги). (Правильно) Изменение активности после фотостимуляции. Целевые нейроны демонстрируют значительное увеличение амплитуды своей активности (желтые пиксели), но мы также наблюдаем много изменений в окружающей сети, отражающих взаимодействие между стимулированной и нестимулированной популяцией. Кредит: Daie, Svoboda & Druckmann.
Экспериментальные наблюдения, собранные Дайе и его коллегами, совпали с их предсказаниями. В дополнение к подтверждению того, что нейроны памяти связаны друг с другом, их результаты предполагают, что они организованы в кластеры.

“Мы обнаружили, что нейроны, как правило, связаны в кластеры”, – сказал Друкманн. – Это означает, что схема состояла из множества независимых кластеров, или модулей, каждый из которых был способен хранить кратковременную память независимо. Мы предполагаем, что такая архитектура схемы может быть полезна для повышения надежности хранения памяти.”

В своих экспериментах Дайе и его коллеги активировали только группы из 8 нейронов в цепи, состоящей из 100 000 нейронов. Тем не менее, исследователи обнаружили, что активация этих групп нейронов все еще вызывает изменения в поведении животных.

“По сути, мы смогли изменить кратковременную память мыши, активировав крошечную часть нейронов мыши”, – сказал Дайе. “Мы также обнаружили, что существует противоречивая связь между активностью стимулированных нейронов и поведением животных.”

Недавнее исследование, проведенное этой группой исследователей, дает новое ценное представление о роли мотивов нейронных цепей в процессах кратковременной памяти. В своих будущих исследованиях Дайе и его коллеги хотели бы найти способы предсказать, какие воспоминания будут изменены при активации определенных нейронов. Кроме того, они планируют исследовать способы модификации более сложных и сложных воспоминаний.

“Мы были удивлены, что активация нейронов, которые, казалось, были связаны с одним воспоминанием, на самом деле приводила к противоположному действию”, – сказал Дайе. “Хотя мы смогли предсказать, когда это может произойти, наблюдая за изменениями, которые мы внедрили в сеть в целом, реальный мозг оказался более сложным, чем наша первоначальная мысль о том, что управляющие нейроны, связанные с памятью, всегда будут подталкивать поведение к этой памяти.”