11:16
Что происходит в вашем мозгу, когда вы создаете воспоминания?

Ученые используют новые технологии, чтобы решить, как наш мозг запоминает.

Может быть, это смутный снимок вашего первого катания на велосипеде. Или способность декламировать теорему Пифагора. Это может быть так же просто, как номер телефона, который вы нацарапали на салфетке, прежде чем он упал в мусорное ведро.
Какую бы форму они ни принимали, наши воспоминания помогают определить, кто мы такие — и что значит быть человеком. В то время как ученые размышляли о памяти со времен Сократа, новые технологии помогли сегодняшним ученым узнать гораздо больше о нейронных и биологических механизмах, стоящих за нашими воспоминаниями. Эти прорывы привели к открытию, что наши воспоминания находятся в определенных кластерах клеток мозга. Некоторые ученые исследуют, как люди хранят и извлекают воспоминания, когда они перемещаются в среде виртуальной реальности. Другие изучают, как такие эмоции, как страх, кодируются в мозге, а также схемы, управляющие тем, чего мы боимся.
Это исследование также не основано на абстракции. Эти проекты нацелены на практическое применение, включая возможные методы лечения таких состояний, как болезнь Альцгеймера и посттравматическое стрессовое расстройство.
И хотя большая часть науки о памяти все еще находится в тумане, вопрос о том, как именно наш мозг формирует воспоминания, становится все более острым.

Длинный и короткий из них
Понятие человеческой памяти не относится к какой-то одной вещи. Этот термин является зонтиком для множества воспоминаний, от названий цветов до полузабытых текстов песен до вашего первого разрыва. Итак, каковы же эти различные типы памяти?
Более ста лет назад ученые разделили память на краткосрочную и долгосрочную категории. Кратковременная память, иногда называемая рабочей памятью, относится к нашей способности сохранять информацию или события из недавнего прошлого — но только до тех пор, пока около 20 секунд назад, иногда даже меньше. Другими словами, это то, что вы активно держите в голове, выполняя другие задачи — например, запоминая номер телефона, когда вы прокручиваете его, чтобы включить в свой список контактов.
В 1990-х годах ученые проанализировали снимки мозга с высоким разрешением и обнаружили, что эти мимолетные воспоминания зависят от возбуждения нейронов в префронтальной коре, передней части мозга, отвечающей за мышление более высокого уровня.
“Это временные воспоминания", - говорит нейробиолог и писатель Дин Бернетт. - Он не предназначен для длительного хранения, потому что они постоянно меняются и находятся в постоянном движении.
“Если вы держите что-то в мозгу достаточно долго, вы можете превратить это в долгосрочную память”, - добавляет он. - Вот почему, если вы произносите что-то вроде телефонного номера, вы можете в конечном итоге запомнить его довольно легко. Но если слишком много информации продолжает поступать, ваша краткосрочная память перегружается, и первые [биты информации] будут выброшены.”

Напротив, долговременная память-это сокровищница знаний и прошлых событий, собранных на протяжении всей нашей жизни. И в то время как кратковременные воспоминания поддерживаются всплесками нервной активности, долговременные воспоминания фактически формируют физическое присутствие в мозге. Когда формируется долговременная память, усиливаются связи между нейронами, известные как синапсы. В некоторых случаях создаются совершенно новые синапсы. И чем больше мы возвращаемся к воспоминаниям, активируя эти нервные пути, тем сильнее становятся связи— как будто вытаптывая свой путь через лес, чтобы создать хорошо протоптанную тропу.
Долговременная память также может принимать несколько различных форм. Например, имплицитные воспоминания являются основой для автоматического поведения, такого как завязывание шнурков или чистка зубов. Эти инстинктивные действия происходят в бессознательной части мозга. “Вот почему люди с амнезией все еще могут делать эти вещи, даже если они не помнят, что делали их раньше”, - говорит Бернетт. - Тренировка берет свое.”
Однако долговременные воспоминания, которые мы активно осознаем, известны как явные воспоминания. Они делятся на эпизодическую и семантическую память. Последний описывает конкретные концептуальные знания, такие как дата подписания Декларации независимости. Эпизодическая память описывает события и переживания из вашей собственной жизни. Все, начиная с вашего 21-го дня рождения и заканчивая поездкой в Европу, попадает в эту категорию.
“Семантическая память-это [знание], что Париж-столица Франции”, - говорит Бернетт. “Эпизодическая память-это [воспоминание] о том времени, когда я поехал во Францию и меня вырвало с Эйфелевой башни.”
Освещая Путь

Ученые Массачусетского технологического института обозначили клетки (выделенные красным цветом), в которых хранятся энграммы памяти в гиппокампе мыши. (Кредит: Стив Рамирес и Сюй Лю)
То, что мы делаем в жизни, оставляет после себя следы, запечатленные в нашей памяти. Подобно тому, как Марсель Пруст впивается зубами в свою горячо любимую Мадлен, заставляя некогда забытые воспоминания из детства нахлынуть обратно, следы воспоминаний могут вызвать яркие сеснорические переживания прошлого. Со времен Древней Греции ученые предполагали, что эти остатки могут даже изменить физический состав мозга. Но только на рубеже XX века начали появляться научные модели этого процесса. В 1904 году немецкий ученый Рихард Семон предположил, что эти следы, которые он назвал энграммами памяти, представляют собой физические изменения в мозге после события или переживания. “В то время не существовало технологии, позволяющей идентифицировать те клетки мозга, которые содержат определенную инграмму для конкретной памяти”, - говорит Сусуму Тонегава, профессор биологии и нейробиологии Массачусетского технологического института и лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1987 года.
Прошло более 100 лет. Затем, в 2005 году, ученые начали использовать оптогенетику, методику стимуляции нейронов, которые генетически модифицированы, чтобы реагировать на импульсы синего света. С помощью этой новой технологии стало возможным локализовать и идентифицировать специфические нейроны, несущие инграммы памяти у животных. В исследовании природы 2012 года Тонегава и исследователи из Массачусетского технологического института и Стэнфордского университета использовали оптогенетику, чтобы продемонстрировать, что следы нашей памяти действительно живут в определенных кластерах клеток мозга. Кроме того, простая активация нескольких из этих нейронов может вызвать целую память.

Клетки (показаны зеленым и красным цветом) жизненно важны для постоянного хранения памяти. (Кредит: Такаси Китамура)
В статье исследовательская группа описывает, как они точно определили определенную группу нейронов в гиппокампе, части мозга, участвующей в формировании долговременных воспоминаний, которые начинают срабатывать при определенных условиях. В этом случае исследователи сделали это, заставив мышей исследовать незнакомую клетку. "[Затем] вы даете [мыши] легкие электрические удары по их подушечкам”, - говорит Тонегава. - И у мыши сразу же сформируется воспоминание, что эта клетка-страшное место.” На следующий день, говорит Тонегава, когда мышей поместили в клетку, не подвергая их ударам, эта обусловленность заставила их бояться этой среды. Позже исследователи ввели грызунам белок, который может активировать клетки мозга — в частности, нейроны в гиппокампе, на которые ученые нацелились, — мигая им синим светом. “Эти белки обладают химическим свойством активировать клетки, когда поступает свет определенной длины волны”, - добавляет Тонегава.
Затем, когда ученые посветили мышам импульсами света в совершенно другой среде, нейроны в гиппокампе, которые они помечали белком, пришли в действие — и мыши застыли на месте. Исследователи полагают, что животные мысленно возвращались к переживанию шока. “Такова логика эксперимента,” говорит Тонегава. “Вы можете сказать, что эти нейроны, которые были помечены вчера, теперь несут эти инграммы памяти.” Другими словами, даже если память о клетке стимулировалась искусственными средствами, мыши все равно вспоминали ее, предполагая, что следы этого события находятся в определенной популяции клеток мозга. “Вы действительно можете идентифицировать эти инграммы, несущие нейроны, и помечать их красителем, чтобы вы могли видеть их под микроскопом”, - говорит Тонегава. “Теперь вы можете манипулировать этими клетками, в частности [с] оптогенетикой, и посмотреть, какой эффект это будет иметь.”

Когда мы формируем новые долговременные воспоминания, связи между нашими нейронами, известные как синапсы, укрепляются. (Кредит: Sciepro/Shutterstock)
Тонегава надеется использовать эту технологию, чтобы узнать больше о биологических механизмах, лежащих в основе болезни Альцгеймера, и потенциально лечить болезнь на ранних стадиях. В нескольких исследованиях на людях, говорит он, даже до того, как расстройство мозга начинает атаковать гиппокамп, некоторые пациенты изо всех сил пытаются создать новые воспоминания. “[Мозг] выглядит нормально, но на самом деле они показали ухудшение”, - добавляет он. 
Теперь Тонегава хочет выяснить, происходят ли эти когнитивные сбои на стадии формирования болезни из-за неспособности формировать новые воспоминания, или же пациенты могут создавать новые воспоминания, но не восстанавливать их. Он указывает на исследования более ранних стадий болезни Альцгеймера на мышиных моделях, которые предполагают, что эти воспоминания все еще формируются и оставляют физические следы, но не могут быть вызваны естественными сигналами. Но когда ученые использовали искусственные методы, такие как оптогенетика, чтобы реактивировать клетки, несущие инграммы памяти, говорит Тонегава, животные были способны отлично запоминать новые переживания.

“Открыть что-то подобное можно было, только воспользовавшись преимуществами технологии”, - добавляет он. “Это действительно позволяет нам исследовать то, что происходит в процессе обучения и запоминания.”
Воображаемые Миры, Реальные Воспоминания
В последние несколько десятилетий все больше исследователей используют в своей работе технологии виртуальной реальности. В последние годы нейробиолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Нантия сутана стала одним из первых исследователей, использовавших виртуальную реальность для изучения того, как мозг человека хранит и воспроизводит воспоминания, когда он ориентируется в моделируемой среде.
“Исторически сложилось так, что подавляющее большинство [исследований памяти] было сделано с крысами и мышами, бегающими по лабиринтам”, - говорит сутана. - Многое из того, что мы знаем о мозге, получено в результате этих исследований. И для того, чтобы мы могли перевести их и увидеть, действительно ли они верны для людей, нам нужно что-то, чтобы связать их между собой.”

(Кредит: Mrspopman1985/Shutterstock)
В двух исследованиях, которые в настоящее время находятся на рассмотрении коллег, сутана и ее коллеги работали с пациентами с имплантатами глубокого мозга для лечения эпилептических припадков. Исследователи надели на пациентов наушники виртуальной реальности, постоянные имплантаты которых позволили ученым записывать мозговые волны во время эксперимента. После того, как участники надели защитные очки и боди для захвата движения, усеянные отражающими точками, чтобы отслеживать свои движения, они затем выполнили серию тестов на обучение, память и навигацию в моделируемой среде.
В виртуальном ландшафте пациентов просили подойти к цифровым желтым цилиндрам и запомнить местоположение каждого из них. Чтобы продемонстрировать свою память, участников попросили повторить свой путь к каждому цилиндру — теперь невидимому — и нажать кнопку джойстика, когда они думали, что достигли каждого из них. Затем исследователи загрузили запись мозговых волн пациента, проанализировав их, чтобы увидеть нейронную активность, связанную с воспоминаниями о пространстве и местоположении.
В частности, ученые сосредоточились на электрических сигналах в мозге, известных как тета-колебания, которые были идентифицированы у людей во время движения. И исследовательская группа обнаружила, что эти мозговые волны были более активны во время выполнения навигационных задач, предполагая, что они являются критическими строительными блоками пространственной памяти. Ученые предположили, что эти мозговые волны могут помочь нам визуализировать и реконструировать наши воспоминания, когда мы перемещаемся по миру.

Нейробиолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Нантия Сутхана использует виртуальную реальность для изучения того, как наш мозг хранит и извлекает воспоминания о движении. (Кредит: Джейсон Купер)
Сутхане не чужда хрупкость памяти. После рождения сына она пережила короткий период амнезии, в течение которого не могла вспомнить целое десятилетие. - Я думала, что снова стала аспиранткой, - говорит она. “Это действительно страшный и загадочный опыт.” В конечном счете, она надеется, что исследования, подобные ее, помогут ученым восстановить воспоминания, потерянные из-за травм и неврологических расстройств, таких как болезнь Альцгеймера. 
“Мозг обладает электрическим языком,” говорит она. - Значит, если мы сможем общаться с мозгом, электрически, то, возможно, сможем облегчить ситуацию, когда что-то пойдет не так.”
Борьба Со Страхом
Подумайте секунду о том, чего вы боитесь. Это могут быть пауки. Или угроза автокатастрофы. Это может быть так же просто, как не иметь достаточно денег, чтобы заплатить за аренду в следующем месяце. Для многих из нас эти страхи связаны с воспоминаниями о прошлом опыте.
Когда мы формируем эпизодические воспоминания о том, что с нами произошло, задействованы три области мозга: гиппокамп, неокортекс и миндалевидное тело. Гиппокамп берет информацию из нашей памяти и физически кодирует ее в связи между нейронами. Позже эти данные иногда переносятся в неокортекс — тонкую ткань, которая образует внешний слой мозга — для длительного хранения. Но именно миндалевидное тело, миндалевидная масса мозгового вещества, наполняет наши воспоминания такими эмоциями, как страх. 
“Если переживание имеет сильный эмоциональный компонент, миндалевидное тело впрыскивает его во вновь формирующуюся память”, - говорит Бернетт. “Если у кого-то есть активная миндалина, он учится бояться вещей.”

Ученые из Квинслендского Института мозга изучают нейронную аппаратуру, стоящую за воспоминаниями о страхе и травмах. (Кредит: Jiris/Shutterstock)
В последние годы ученые многое узнали о аппаратных средствах нашего мозга, которые модулируют наши реакции на страшные воспоминания. В Квинслендском Институте мозга в Австралии исследователи регистрируют электрическую активность, возникающую между этими тремя областями мозга у мышей, когда они приучены бояться определенного ощущения или шума. 
“Вы принимаете нейтральный стимул, такой как тон или свет, и с этим вы представляете животному неприятный стимул, такой как удар ногой или громкий шум”, - говорит нейробиолог панка САХ, директор Института. И животное довольно быстро узнает, что этот безобидный стимул будет предсказывать этот неприятный. Затем она формирует память о нем. 
“Если вы сделаете это у крыс три или четыре раза сегодня, а через год вернетесь и представите тот же тон, это животное помнит, что тон был страшным, и реагирует соответствующим образом”, - добавляет он. - То же самое можно проделать и с людьми.” 
Эту обусловленность тоже можно использовать во благо. Если мышь несколько раз услышит тот же самый звук снова, но без шока, то шум прекратится, заставив животное замереть в страхе. В конце концов, благодаря процессу, называемому обучением вымиранию, боль от воспоминаний исчезает. Этот процесс является ключевым в поведенческой терапии для пациентов с такими состояниями, как ПТСР. Но, несмотря на эффективность этих техник, тренировка на вымирание не стирает травмирующие воспоминания — она просто отнимает часть их силы. Если что-то напоминает кому-то о первоначальном травмирующем воспоминании в новом контексте, даже после исчезновения, оно может снова затвердеть, воссоздавая связь между триггером и реакцией. “Люди, которые делают инъекции героина, могут научиться не делать этого”, - говорит САХ. - Но когда контекст меняется или что-то происходит в окружающей среде, и это уже не то место, где безопасно, все эти воспоминания возвращаются.”

Она считает, что более четкое понимание того, почему некоторые травмирующие воспоминания возвращаются после терапии, может привести к лучшему лечению таких расстройств, как ПТСР и наркомания. В исследовании Nature Neuroscience 2018 года Эш и его коллеги использовали оптогенетику у крыс, чтобы идентифицировать схему в мозге, которая контролирует возвращение травматических воспоминаний. Понимая эти механизмы, говорит СШ, можно было бы разработать новые лекарства для предотвращения рецидивов. “То, что мы ищем, - это более специфическое [химическое] соединение”, - продолжает он. “Вот как вы действительно лечите эти расстройства: понимание схем, которые лежат в основе [их], и рецепторов, которые вовлечены.” 

И благодаря приливной волне новых технологий, Sah говорит, что эти достижения могут когда-нибудь помочь ученым лечить расстройства памяти так же, как мы используем лекарства для борьбы с сердечными заболеваниями. “Все исследование мозга действительно переживает революцию прямо сейчас”, - добавляет он. - Это действительно прекрасное время для занятий неврологией.”

Похожие материалы:

Так же рекомендуем посмотреть:

Как математик решил задачу, которая озадачивала компьютерщиков в течение 30 лет


Коронавирус " избыточная смертность’: почему Англия и Уэльс больше всего пострадали в Европе – новое исследование


SpaceX запускает 60 спутников Starlink и высаживает ракету в море

Категория: Тайны / Новости / Гипотеза / Наука | Просмотров: 119 | Добавил: admin | Теги: долговременная память, мозг, область мозга, длительное хранение, память, нейрон, исследовательская группа, миндалевидное тело, виртуальная реальность, Институт мозга, воспоминание, моделируемая среда | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
avatar