Как в мозге появляются нейроны памяти

Мы привыкли говорить, что память хранится в нейронных цепях, то есть в нейронах, соединённых друг с другом и способных проводить сигнал по одному и тому же маршруту. Но тут в действительности остаётся много вопросов. Например, как получается, что именно эти нейроны оказываются хранителями именно этой информации? И если мы говорим о нейронных цепях, то надо ли понимать это так, что из разных готовых цепей выбирается та, которая лучше всего подходит в данном случае? Или цепь формируется «под заказ»: между нейронами появляются новые контакты, которые и дают начало новой цепи?

В статье в Neuron сотрудники Стэнфордского университета описывают, как в двигательной коре появляются клетки памяти — то есть такие нейроны, которые поддерживают память об определённых движениях. Двигательную память выбрали не зря: мы знаем, что даже если годами не садиться на велосипед, стоит только оказаться в седле, сразу вспомнится, как крутить педали. А вот если мы забыли, как звали наших одноклассников в третьем-четвёртом классе, то это уже, видимо, навсегда — по крайней мере, вспомнить имя из такой временной дали будет очень непросто. То есть двигательная память очень стойкая и яркая, и, вероятно, увидеть, как она формируется, будет проще, чем увидеть появление какой-то памяти — особенно, если эксперименты мы собираемся ставить на мышах.

Подопытные мыши должны были совершить определённые действия, чтобы достать корм. В двигательной коре мозга одновременно активировалось множество клеток, но лишь некоторые из них становились клетками памяти — именно они включались позже, когда мышам нужно было повторить, то есть вспомнить, нужные движения. Эти клетки соответствовали тем движениям, которые заканчивались успехом — когда мышь добиралась до корма. Иными словами, во время обучения среди нейронов, управляющих координацией мышц, происходил отбор: некоторые срабатывали без успеха, а вот некоторые должны были запомнить, что их сигналы оказались правильными.

Одновременно на будущих клетках памяти — на тех, чьи сигналы соответствовали достигнутой цели — появлялось много мест для новых синапсов, то есть они были готовы с кем-то завязать контакт. Этими кем-то оказывались нейроны полосатого тела, или стриатума, — подкорковой зоны, которая пропускает через себя львиную долю двигательных сигналов (а также служит одним из центров системы подкрепления, или системы вознаграждения). Между нейронами двигательной коры и нейронами полосатого тела появлялись целые кластеры синапсов. Так удалось впервые увидеть формирование памяти, как это выглядит на уровне отдельных нейронов: нужные нейроны из двигательного центра отбирались в ходе обучения и укрепляли связь с нейронами, которые поддерживают двигательный сигнал на его пути к мышцам. Контакты между теми и другими были и раньше, но при обучении, то есть при формировании памяти, таких контактов становилось больше.

При этом исследователи отмечают, что на уровне нейронов память, по-видимому, оказывается избыточной. Мозг отбирает целую пачку клеток двигательного центра, которые хранят память о правильных движениях в определённой ситуации. Впрочем, эту гипотезу надо проверить экспериментально, например, подавляя те или иные клетки памяти с тем, чтобы посмотреть, смогут ли их коллеги выполнить всю нужную работу.

Новые данные также показывают, что память, по крайней мере, в некоторых случаях, оказывается распределённой между разными зонами мозга — для того, чтобы запомнить правильное движение, нужны не только нейроны двигательного центра коры, но и нейроны подкоркового стриатума. В то же время вряд ли этому стоит удивляться: память сейчас всё чаще находят в таких местах мозга, про которые раньше  вообще не думали; так, совсем недавно мы рассказывали об одном исследовании, авторы которого пришли к выводу, что память не сосредоточена в одной-двух зонах, а размазана по всему мозгу.