Ученые выяснили, как наш мозг выбирает: что запомнить, а что забыть
Недавнее исследование показало, что долговременная память создается благодаря цепочке молекулярных "таймеров", которые активируются в разных областях мозга. Используя поведенческую модель с виртуальной реальностью на мышах, ученые выяснили, что ключевые регуляторы либо укрепляют воспоминания, превращая их в более стабильные, либо подавляют их до тех пор, пока они не исчезнут. Результаты, опубликованные в журнале Nature, подчеркивают, что несколько областей мозга участвуют в постепенной перестройке воспоминаний в долговременную форму, при этом действуют механизмы, оценивающие важность информации и способствующие ее сохранению.
Долгое время исследования памяти сосредотачивались на двух ключевых областях мозга: гиппокампе, отвечающем за кратковременную память, и коре головного мозга, где, как считалось, хранится долговременная память. Ученые предполагали, что долговременные воспоминания контролируются биологическими "переключателями". В рамках этой модели, если краткосрочная память отмечалась для перевода в долговременную, она сохранялась бы бесконечно. Но, несмотря на многочисленные открытия, стало ясно, что такая схема слишком упрощенная.
Исследователи опубликовали работу, в которой описали нейронный путь, связывающий краткосрочные и долговременные воспоминания. Важную роль в этом процессе играет таламус – область в центре мозга, которая не только помогает решать, какие воспоминания стоит сохранить, но и направляет их в кору для долговременной стабилизации. Эти открытия прокладывают путь к ответам на фундаментальные вопросы о памяти: что происходит с воспоминаниями после краткосрочного хранения в гиппокампе и какие молекулярные механизмы определяют, какие воспоминания переходят в долговременные, а какие забываются.
Для изучения этих процессов команда создала поведенческую модель с использованием виртуальной реальности, в которой мыши формировали определенные воспоминания. Меняя частоту повторения определенных событий, исследователи добились того, что мыши лучше запоминали одни вещи по сравнению с другими, а затем изучали мозг, чтобы выяснить, какие механизмы отвечают за долговечность этих воспоминаний.
Однако простых корреляций было недостаточно. Чтобы доказать причинно-следственную связь, команда также создала платформу CRISPR для манипуляций с генами в таламусе и коре головного мозга. С ее помощью ученые показали, что удаление определенных молекул изменяет продолжительность памяти. При этом каждая молекула оказывала влияние на разные временные масштабы памяти.
Результаты демонстрируют, что долговременная память не зависит от одного молекулярного "включателя", а поддерживается каскадом генетических программ, которые активируются в разное время и в разных областях мозга, подобно серии молекулярных таймеров. Первые таймеры срабатывают быстро и быстро затухают, способствуя быстрому забыванию; более поздние включаются медленнее, но создают более стойкие воспоминания. Такой поэтапный процесс позволяет мозгу удерживать важные события надолго, в то время как менее значимые постепенно исчезают. В исследовании важность воспоминаний оценивалась через частоту повторений: события, которые встречались чаще, запоминались лучше.
Ученые выделили три регулятора транскрипции: Camta1 и Tcf4 в таламусе и Ash1l в передней поясной коре. Эти молекулы не нужны для первоначального формирования воспоминаний, но критически важны для их поддержания. Нарушение работы Camta1 и Tcf4 нарушает связь между таламусом и корой, что ведет к потере памяти.
Согласно модели, после формирования базовой памяти в гиппокампе Camta1 и его мишени обеспечивают начальную стабильность воспоминаний. Позже активируются Tcf4 и его мишени, поддерживая клеточную структуру и связь между нейронами. В конечном счете Ash1l запускает программы ремоделирования хроматина, делая память еще более устойчивой.
