Память может работать не так, как мы думали: ученые сделали открытие

Ученые получили новые доказательства того, что механизм сохранения долговременных воспоминаний может быть сложнее, чем считалось ранее. Эксперименты с мышами в условиях искусственной гибернации показали, что животные сохраняли воспоминания, приобретенные до спячки, хотя в их гиппокампе в течение суток исчезала более половины синаптических связей.

Исследователи предполагают, что для долговременного сохранения информации важны не отдельные прочные синапсы, а определенные закономерности организации всей сети. Результаты работы, опубликованной в журнале Science, могут изменить представления о том, как физические следы памяти сохраняются в мозге, пишет Live Science.

Почему ученые обратились к гибернации

Долгое время одним из ключевых объяснений формирования памяти считалось укрепление связей между нейронами. Важную роль в этом процессе играет долговременная потенциация, или LTP, во время которой активные нейронные контакты становятся сильнее.

Однако исследователи обратили внимание на особенность животных, способных к зимней спячке. Во время гибернации их мозг уменьшается, метаболические процессы замедляются, а часть синаптических связей разрушается. Несмотря на это, такие животные после пробуждения могут сохранять воспоминания, сформированные до начала спячки.

Именно это явление стало основой нового исследования. Ученые хотели понять, как информация остаётся доступной для мозга, если значительное количество физических связей между нервными клетками временно исчезает.

Воспоминания формируются не только благодаря прочным связям

Традиционное представление о памяти в значительной степени основано на том, что нейроны, активируемые одновременно, образуют более прочные связи. Однако новые результаты свидетельствуют, что для длительного сохранения воспоминания этого может быть недостаточно.

Исследователи подчеркивают важность так называемой топологической архитектуры нейронной сети. Речь идет о том, как отдельные связи организованы между собой и как они образуют более сложные структуры.

Это также согласуется с предыдущими наблюдениями, согласно которым физические следы воспоминаний, или энграммы, не остаются неизменными. Их структура может постепенно перестраиваться, а исходные связи, которые помогли сформировать воспоминание, со временем могут исчезать. При этом сама информация необязательно теряется.

Как проходил эксперимент

Ученые сосредоточились на гиппокампе – области мозга, которая играет важную роль в формировании и обработке эпизодических воспоминаний. Для эксперимента лабораторных мышей сначала научили выполнять два типа заданий.

В одном случае животные должны были запомнить определённую среду, связанную с лёгким электрическим стимулом. В другом эксперименте мыши должны были запомнить расположение пищи в лабиринте.

После этого исследователи вводили животных в состояние искусственной гибернации посредством активации специальной группы нейронов. Изменения в мозге начали происходить очень быстро.

Уже примерно через 30 минут наблюдалось разрушение части синапсов, а через 24 часа исчезло более половины таких связей. Однако эта масштабная перестройка не привела к ожидаемой потере приобретенных воспоминаний.

Мыши сохранили воспоминания после потери синапсов

После завершения искусственной гибернации мыши продемонстрировали поведение, свидетельствовавшее о сохранении полученной ранее информации. В среде, связанной с неприятным стимулом, они продолжали реагировать так же, как и до эксперимента.

Также животные без затруднений находили пищу в лабиринте, используя ранее полученную информацию о ее расположении. По словам исследователей, поведение мышей после гибернации практически не отличалось от поведения животных, не прошедших через этот процесс.

Это стало одним из главных результатов работы: значительная потеря синаптических связей необязательно означает потерю воспоминаний.

Чем гибернация отличалась от анестезии

Чтобы понять механизм сохранения памяти, исследователи провели дополнительное сравнение. Другую группу мышей подвергли длительной анестезии и воздействию вещества, препятствующего укреплению синаптических связей.

У этих животных также наблюдалась значительная потеря синапсов. Однако после завершения процедуры они уже не демонстрировали такой же уровень сохранности памяти.

Следовательно, сама по себе потеря синапсов не объясняла полученный результат. Важную роль сыграла структура связей, которые претерпевали перестройку мозга во время гибернации.

Устойчивые кластеры памяти

В ходе детального анализа мозга исследователи обнаружили определенные группы синапсов, которые чаще оставались неповрежденными у мышей, находившихся в искусственной гибернации.

Одним из характерных типов были структуры, в которых один нейрон передавал сигналы сразу нескольким другим клеткам. Другой тип образовывали скопления дендритных шипиков – структур, через которые нейроны получают сигналы от других нервных клеток.

Такие шипики, связанные с одним и тем же воспоминанием, могли располагаться близко друг к другу и получать сигналы от разных аксонов. Именно эти организованные кластеры оказались более устойчивыми к масштабной перестройке синапсов.

По словам исследователей, решающим фактором, по-видимому, был не размер отдельных дендритных шипиков, а характер их группировки и связей с сетью.

Что это означает для понимания памяти

Результаты не отрицают роль LTP в формировании новых воспоминаний. Зато они ставят под сомнение предположение, что именно отдельные долговечные и прочные синаптические связи являются главной основой длительного сохранения информации.

Другими словами, мозг может сохранять память не благодаря тому, что каждый ее отдельный физический элемент остаётся неизменным. Значение может иметь общая схема организации связей, способная претерпевать значительные перестройки.

Это помогает объяснить, почему воспоминания могут сохраняться даже тогда, когда их исходные нейронные следы со временем изменяются.

OBOZ.UA ранее писал о результатах исследования человеческой памяти, касавшихся её "запасов" в мозге.

Подписывайтесь на каналы OBOZ.UA в Telegram и Viber, чтобы быть в курсе последних событий.