Ученые из Шаньдунского университета, Китай в новом научном обзоре представили клеточные и молекулярные механизмы формирования, консолидации, обобщения и актуализации памяти, раскрывающие, как воспоминания хранятся и обновляются в мозге. Работа опубликована в журнале Brain Medicine.
Нейробиологи показали, как мозг хранит и редактирует наши воспомиания
Ученые из Шаньдунского университета, Китай в новом научном обзоре представили клеточные и молекулярные механизмы формирования, консолидации, обобщения и актуализации памяти, раскрывающие, как воспоминания хранятся и обновляются в мозге.
Исследования памяти открывают широкие возможности для лечения эмоциональных расстройств путем изменения эмоциональных ассоциаций, связанных с травматическими воспоминаниями. Neuroscience News
Ученые обобщили последние работы, посвященные тому, как нейроны отбираются для кодирования памяти, как воспоминания перемещаются из гиппокампа в кору головного мозга, и как воспоминания перестраиваются. Все это может привести к созданию целевых терапий, которые изменяют эмоциональные следы памяти, не стирая при этом основные переживания.
Один из самых фундаментальных вопросов нейронауки — как мозг хранит, обобщает и обновляет воспоминания. Считается, что воспоминания хранятся благодаря биофизическим и молекулярным изменениям в ансамблях нейронов, называемых энграммами, распределенными по различным областям мозга.
Энграммы представляют собой распределенные популяции нейронов, которые переживают стойкие физические или химические изменения во время обучения и создают биофизическое представление нашего опыта.
«Поиск биофизических субстратов памяти, которые Ричард Семон назвал "энграммами", продолжается и по сей день», — объясняет профессор Чжэ-Юй Чэнь из Шаньдунского университета, соавтор обзора. — «Наше понимание энграмм памяти эволюционировало от теоретической абстракции до биологической реальности благодаря современным методам нейронауки».
Прорывы в нейронауке позволяют визуализировать память
В обзоре подробно описывается, как недавние технологические достижения изменили нашу способность изучать память. Современные методы теперь позволяют ученым маркировать, отслеживать и даже манипулировать определенными нейронами, участвующими в формировании и извлечении воспоминаний.
«Усовершенствованные методы, сочетающие раннюю маркировку на основе генов с оптогенетической манипуляцией, позволили идентифицировать и контролировать нейронные ансамбли, кодирующие определенные воспоминания», — отмечает доктор Шуай-Вэнь Тэн, соавтор обзора. — «Этот технологический прорыв позволил нам наблюдать память в действии на клеточном уровне».
Теперь ученые могут визуально определять, какие нейроны активируются во время формирования и извлечения памяти. Что еще более примечательно, ученые могут искусственно активировать эти нейроны, чтобы вызвать вспоминание, даже при отсутствии обычных сенсорных сигналов. То есть, исследователи могут эффективно «включать» память, стимулируя нужные клетки.
Распределение и формирование памяти
Иерархическая организация и динамические состояния энграмм страха.
В обзоре объясняется, как нейроны выбираются для того, чтобы стать частью следа памяти во время начального процесса кодирования. Этот выбор не случаен — нейроны с более высокой возбудимостью во время обучения с большей вероятностью будут включены в ансамбль памяти. «Это похоже на соревнование между нейронами», — продолжает доктор Тенг. — «Клетки с повышенной базовой возбудимостью проявляют преимущественную активацию во время обучения и таких нейронов непропорционально много включается в ансамбли кодирования памяти».
Этот процесс регулируется фактором транскрипции, называемым CREB, который усиливает как внутреннюю возбудимость, так и плотность дендритных шипиков. Когда нейрон имеет более высокую активность CREB, он становится более склонным к включению в энграмму памяти.
Как меняются воспоминания
Один аспектов обзора охватывает то, как трансформируются воспоминания по мере их консолидации. Новые воспоминания изначально зависят от гиппокампа, но постепенно переходят к большей зависимости от коры через процесс, называемый системной консолидацией.
«После первоначальной синаптической стабилизации воспоминания подвергаются системной консолидации, переходя от гиппокампа к хранению, зависящему от медиальной префронтальной коры, где они хранятся иногда несколько дней, иногда — много лет», — объясняет доктор Чен. — «Это позволяет энграммам гиппокампа сохранять эпизодические, контекстно-специфические детали, в то время как ансамбли медиальной префронтальной коры кодируют более схематичные, обобщенные представления».
Этот естественный процесс объясняет, почему воспоминания часто становятся более обобщенными со временем, теряют конкретные детали, но сохраняют основные понятия и темы. Этот фундаментальный механизм мозга поддерживает обучение, но он же способствует и таким состояниям, как ПТСР, когда воспоминания о страхе тоже обобщаются.
Обобщение и тревожные расстройства
Конкуренция энграмм при обновлении памяти. В процессе консолидации памяти энграммы, первоначально закодированные событием 1 (синий цвет), сохраняют состояние повышенной возбудимости и уровень p-CREB по отношению к соседним популяциям нейронов в течение ∼6 ч после кодирования.
Исследователи подробно описывают, почему генерализация памяти, хотя и является адаптивным процессом для применения прошлых знаний к новым ситуациям, может стать неадаптивной при таких состояниях, как ПТСР и тревожные расстройства.
Гиппокамп играет решающую роль в поддержании специфичности памяти. Когда эта функция нарушается, возможно, из-за воздействия стресса или изменения сигнальных путей, воспоминания могут стать чрезмерно обобщенными, что приводит к неадекватным реакциям страха.
«Сверхгенерализация страха представляет собой неадаптивную поведенческую реакцию на неугрожающие стимулы или нейтральную среду», — объясняет доктор Чен. — «Это явление является отличительной чертой расстройств тревожного спектра, таких как генерализованное тревожное расстройство, паническое расстройство и посттравматическое стрессовое расстройство».
Исследователи описывают несколько механизмов, которые управляют генерализацией памяти, включая вызванные стрессом изменения в цепях гиппокампа и миндалевидного тела. Понимание этих механизмов может привести к целенаправленным вмешательствам при тревожных расстройствах.
Обновление и изменение памяти
В обзоре также рассматривается, как существующие воспоминания могут быть обновлены новой информацией. Когда воспоминания реактивируются, они становятся временно пластичными, что позволяет им включать новые данные или эмоциональные контексты.
«Обновление памяти — это фундаментальный процесс, который позволяет организмам адаптироваться к новой информации, изменять существующие знания и интегрировать новый опыт с уже существующими воспоминаниями», — говорит доктор Тенг. — «Валентность, связанная с энграммой памяти зубчатой извилины гиппокампа, может быть двунаправленно изменена».
Это предполагает захватывающие возможности для лечения эмоциональных расстройств путем изменения эмоциональных ассоциаций травматических воспоминаний. Могут ли быть разработаны методы лечения, которые специально нацелены на энграммы памяти, чтобы уменьшить их эмоциональное воздействие, не стирая сами воспоминания? Это остается активной областью исследований со значительным клиническим потенциалом.
Будущее исследований памяти
В обзоре обозначен ряд нерешенных вопросов, на которые исследователи все еще пытаются найти ответы. Как именно изменения ядер нейронов во время формирования памяти связаны с усилением конкретных синаптических связей? Какие механизмы заставляют нейроны присоединяться к энграммным сетям или покидать их во время различных процессов памяти? Как мозг поддерживает тонкий баланс между стабильностью и гибкостью памяти?
«Наши знания о внутреннем механизме, лежащем в основе автономной активации энграмм памяти в бессознательном состоянии, полностью отсутствуют», — отмечает доктор Чен. — «Понимание того, как представления памяти дрейфуют со временем в зависимости от нашего опыта и внутреннего состояния, — важнейшая область для будущих исследований».