Памʼять може працювати не так, як ми думали: вчені зробили відкриття

Науцковці отримали нові докази того, що механізм збереження довготривалих спогадів може бути складнішим, ніж вважалося раніше. Експерименти з мишами в умовах штучної гібернації показали, що тварини зберігали набуті до сплячки спогади, хоча в їхньому гіпокампі протягом доби зникала більш ніж половина синаптичних зв’язків.

Дослідники припускають, що для довготривалого збереження інформації важливими є не окремі міцні синапси, а певні закономірності організації цілої мережі. Результати роботи, опублікованої в журналі Science, можуть змінити уявлення про те, як фізичні сліди пам’яті зберігаються в мозку, пише Live Science.

Чому вчені звернулися до гібернації

Тривалий час одним із ключових пояснень формування пам’яті вважалося зміцнення зв’язків між нейронами. Важливу роль у цьому процесі відіграє довготривала потенціація, або LTP, під час якої активні нейронні контакти стають сильнішими.

Проте дослідники звернули увагу на особливість тварин, здатних до зимової сплячки. Під час гібернації їхній мозок зменшується, метаболічні процеси сповільнюються, а частина синаптичних зв’язків руйнується. Попри це, такі тварини після пробудження можуть зберігати спогади, сформовані до початку сплячки.

Саме це явище стало основою нового дослідження. Вчені хотіли зрозуміти, як інформація залишається доступною для мозку, якщо значна кількість фізичних зв’язків між нервовими клітинами тимчасово зникає.

Спогади формуються не лише завдяки міцним зв’язкам

Традиційне уявлення про пам’ять значною мірою ґрунтується на тому, що активовані разом нейрони утворюють міцніші зв’язки. Однак нові результати свідчать, що для тривалого збереження спогаду цього може бути недостатньо.

Дослідники наголошують на важливості так званої топологічної архітектури нейронної мережі. Йдеться про те, як окремі зв’язки організовані між собою та як вони утворюють складніші структури.

Це також узгоджується з попередніми спостереженнями, згідно з якими фізичні сліди спогадів, або енграми, не залишаються незмінними. Їхня структура може поступово перебудовуватися, а початкові зв’язки, які допомогли сформувати спогад, з часом можуть зникати. При цьому сама інформація не обов’язково втрачається.

Як проходив експеримент

Учені зосередилися на гіпокампі – ділянці мозку, яка відіграє важливу роль у формуванні та обробці епізодичних спогадів. Для експерименту лабораторних мишей спочатку навчили двох типів завдань.

В одному випадку тварини мали запам’ятати певне середовище, пов’язане з легким електричним стимулом. В іншому експерименті миші повинні були запам’ятати розташування їжі в лабіринті.

Після цього дослідники запускали у тварин стан штучної гібернації за допомогою активації спеціальної групи нейронів. Зміни в мозку почали відбуватися дуже швидко.

Вже приблизно через 30 хвилин спостерігалося руйнування частини синапсів, а через 24 години зникло понад половину таких зв’язків. Проте ця масштабна перебудова не призвела до очікуваної втрати набутих спогадів.

Миші зберегли спогади після втрати синапсів

Після завершення штучної гібернації миші продемонстрували поведінку, яка свідчила про збереження отриманої раніше інформації. У середовищі, пов’язаному з неприємним стимулом, вони продовжували реагувати так само як до експерименту.

Так само тварини без труднощів знаходили їжу в лабіринті, використовуючи раніше отриману інформацію про її розташування. За словами дослідників, поведінка мишей після гібернації практично не відрізнялася від поведінки тварин, які не проходили через цей процес.

Це стало одним із головних результатів роботи: значна втрата синаптичних зв’язків не обов’язково означає втрату спогадів.

Чим гібернація відрізнялася від анестезії

Щоб зрозуміти механізм збереження пам’яті, дослідники провели додаткове порівняння. Іншу групу мишей піддали тривалій анестезії та впливу речовини, яка перешкоджає зміцненню синаптичних зв’язків.

У цих тварин також відбулася значна втрата синапсів. Однак після завершення процедури вони вже не демонстрували такого самого збереження пам’яті.

Отже, сама по собі втрата синапсів не пояснювала результат. Важливою виявилася структура зв’язків, які переживали перебудову мозку під час гібернації.

Стійкі кластери пам'яті

Під час детального аналізу мозку дослідники виявили певні групи синапсів, які частіше залишалися неушкодженими у мишей, що перебували в штучній гібернації.

Одним із характерних типів були структури, в яких один нейрон передавав сигнали одразу кільком іншим клітинам. Інший тип утворювали скупчення дендритних шипиків – структур, через які нейрони отримують сигнали від інших нервових клітин.

Такі шипики, пов’язані з одним і тим самим спогадом, могли розташовуватися близько один до одного та отримувати сигнали від різних аксонів. Саме ці організовані кластери виявилися стійкішими до масштабної перебудови синапсів.

За словами дослідників, вирішальним фактором, видається, був не розмір окремих дендритних шипиків, а характер їхнього групування та зв’язків із мережею.

Що це означає для розуміння пам’яті

Результати не заперечують роль LTP у формуванні нових спогадів. Натомість вони ставлять під питання припущення, що саме окремі довговічні та міцні синаптичні зв’язки є головною основою тривалого збереження інформації.

Іншими словами, мозок може зберігати пам’ять не завдяки тому, що кожен її окремий фізичний елемент залишається незмінним. Значення може мати загальна схема організації зв’язків, яка здатна переживати значні перебудови.

Це допомагає пояснити, чому спогади можуть зберігатися навіть тоді, коли їхні початкові нейронні сліди з часом змінюються.

OBOZ.UA писав раніше про результати дослідження людської пам'яті, які стосувалися її "запасів" у мозку.

Підписуйтесь на канали OBOZ.UA в Telegram і Viber, щоб бути в курсі останніх подій.