Как нейроны автобиографической памяти кодируют жизненный опыт: новые исследования
Исследователи из Боннского университета (UKB) расширили наши представления о двух типах нейронов — нейронах концептов и клетках места — которые были открыты ранее. Нейроны концептов реагируют на конкретные стимулы, такие как лица или объекты, а клетки места — на пространственное положение. Ключевым результатом этого исследования стало обнаружение того, что определённые нейроны в человеческом мозге могут кодировать сложные автобиографические воспоминания, связывая различные аспекты личного опыта, такие как люди, места и события, в единый поток памяти. Это радикально отличается от предыдущих исследований, в которых были выявлены нейроны, кодирующие только отдельные понятия или места. Данное открытие подчёркивает сложный механизм обработки мозгом автобиографических воспоминаний и даёт надежду на будущие методы лечения расстройств памяти.
Открытие нейронов, предопределяющих память
Нейроны концептов (их также называют «нейронами Дженнифер Энистон» или «нейронами бабушки») были обнаружены в начале 2000-х годов. В 2005 году ключевое исследование выявило нейроны в медиальной височной доле человека, которые избирательно реагировали на определённые концепты, такие как конкретный человек, место или объект.
Нейроны места были открыты в 1971 году Джоном О’Кифом. Он выявил, что определённые нейроны в гиппокампе крыс активируются, когда животное находится в конкретном месте, указывая на наличие в мозге системы пространственного ориентирования.
Международная исследовательская группа под руководством профессора Флориана Морманна из отделения эпилептологии UKB, который также является членом трансдисциплинарной исследовательской области (TRA) «Жизнь и здоровье» Боннского университета, уже подтвердила их важную функцию для рабочей памяти в исследовании 2017 года, в котором отдельные нейроны концептов, представляющие конкретных людей или объекты, сохраняют содержимое памяти в течение короткого времени. Они остаются активными до тех пор, пока не появится новое изображение и не будет стимулирован другой нейрон.
Кроме того, исследовательская группа даже смогла использовать активацию нейронов концептов на этапе рабочей памяти, чтобы предсказать, смогут ли испытуемые впоследствии правильно вспомнить уже показанное изображение.
Но как происходит успешный перенос опыта в эпизодическую память, которая хранит автобиографические события и переживания, включая место и время, ранее было неясно.
«Поэтому мы выдвинули гипотезу о том, что данные нейроны концептов представляют собой строительные блоки, из которых складывается память об опыте», — говорит первый автор исследования Сина Маккей, докторант Боннского университета в исследовательской группе профессора Морманна в UKB.
Исследование показало, что нейроны концептов реагируют на конкретные изображения, например, людей или предметов. В то же время нейроны места реагируют на пространственные позиции, независимо от отображаемого изображения. Вместе эти нейроны кодируют «что» и «где» в памяти, позволяя мозгу хранить подробную информацию.
Когда участники позже восстанавливали в памяти верные воспоминания, эти нейроны проявляли повышенную активность. Эта связь между частотой срабатывания нейронов и успешностью воспоминаний позволяет понять, как мозг отдаёт предпочтение определённым воспоминаниям.
Как формируется память
Предыдущие исследования показали, что медиальная височная доля играет роль в памяти, но данное исследование выявляет конкретные нейроны, участвующие в этом процессе:
- Нейроны концептов «срабатывают» только тогда, когда мозг сталкивается с определёнными стимулами, такими как лицо человека или предмет. Благодаря своей высокой избирательности они не реагируют на несвязанные образы, что подчёркивает их специализированную функцию в формировании памяти.
- Нейроны места работают по-другому. Они реагируют на определённые позиции на экране, независимо от того, какой объект там появляется. Например, если в одном и том же месте будут показаны разные объекты, сработает один и тот же нейрон места. Это говорит о том, что нейроны места сосредоточены на обработке пространственной информации.
В своём исследовании команда использовала задачу ассоциативной памяти. Участники видели изображения предметов и связывали их с определёнными местами на экране. Измеряя частоту срабатывания нейронов, исследователи могли предсказать, какие воспоминания участники впоследствии успешно вспомнят. Такая способность прогнозировать сохранение памяти даёт ценные сведения о том, как мозг кодирует и извлекает воспоминания.
Значение для лечения нарушений памяти
Это открытие имеет большое значение для понимания расстройств памяти, таких как болезнь Альцгеймера. Потеря памяти, являющаяся ключевым симптомом многих нейродегенеративных заболеваний, может быть улучшена путем воздействия на нейроны, отвечающие за концепт и местоположение. Стимулируя эти нейроны, учёные могут помочь улучшить сохранение памяти у людей с когнитивными нарушениями.
Кроме того, что это исследование улучшает наше понимание памяти, оно открывает путь к потенциальным методам лечения для её укрепления. Если исследователи смогут воздействовать на нейроны, отвечающие за прогнозирование сохранения памяти, они смогут помочь пациентам с потерей памяти вспомнить больше информации. Такой подход может оказать значительное влияние на людей, страдающих расстройствами памяти.
Более того, профессор Морманн считает, что эти нейроны могут активизироваться во время глубокого сна, который имеет решающее значение для закрепления воспоминаний. Эта гипотеза согласуется с существующими теориями о том, что сон играет роль в формировании памяти. Однако для её подтверждения необходимы дальнейшие исследования.
Как проходило исследование
Исследование проводилось в клинике эпилептологии Боннского университета, одном из крупнейших центров по эпилепсии в Европе. Пациенты с тяжёлой формой эпилепсии часто проходят процедуры, связанные с имплантацией электродов в их мозг. Эти электроды позволили исследователям наблюдать за активностью нейронов во время выполнения участниками заданий, связанных с памятью.
В ходе исследования группа специалистов измеряла активность нейронов в медиальной височной доле и парагиппокампальной коре. Они сосредоточились на нейронах, отвечающих за концепты и местоположение, чтобы определить, предсказывают ли эти нейроны успешное формирование памяти.
Результаты оказались очевидными. В то время как большинство нейронов в этих областях мозга не предсказывали сохранение памяти, нейроны концептов и места демонстрировали значительно более высокую частоту срабатывания, когда участники успешно воспроизводили воспоминания. Это подчёркивает уникальную роль этих нейронов в обработке визуальной и пространственной информации, которая необходима для формирования подробных воспоминаний.
Не забудьте включить субтитры на русском языке.
Выводы: новое понимание памяти
Это революционное исследование проливает свет на сложные механизмы формирования памяти, позволяя понять роль конкретных нейронов. Вот основные выводы, к которым пришли учёные:
- Нейроны, связанные с памятью о конкретных событиях: Исследование выявило нейроны, которые кодируют не просто отдельные концепты или места, а объединяют их в более сложные автобиографические воспоминания. Это говорит о том, что определённые нейроны могут активизироваться при воспоминании конкретных жизненных событий, связанных с определёнными людьми, ситуациями или местами.
- Связь между нейронами и конкретными воспоминаниями: Ранее известные «нейроны концептов» и « нейроны места» могут быть активированы различными концептами или пространственными местоположениями. Новое исследование показывает, что существуют нейроны, которые активизируются именно при воспоминании определённых событий, что позволяет предположить их роль в кодировании памяти более сложным и контекстуальным способом, а не просто кодировании отдельных аспектов (например, мест или понятий).
- Более глубокое понимание функции гиппокампа: Исследование предполагает, что гиппокамп и прилегающие к нему области мозга могут быть в большей степени специализированы на кодировании личных воспоминаний, чем считалось ранее. Это открывает возможность существования «нейронов автобиографической памяти», которые помогают людям запоминать и представлять не просто отдельные понятия или места, а целые эпизоды жизни.
Таким образом, данное исследование расширяет представление о том, как мозг кодирует и хранит автобиографические воспоминания, демонстрируя, что некоторые нейроны напрямую связаны с конкретными воспоминаниями, а не просто с какими-то концептами или пространственными атрибутами.
Понимание того, как нейроны концептов и мест участвуют в этом процессе, будет иметь решающее значение для будущих достижений в области нейронаук. Исследователи также считают, что их результаты могут привести к новым методам лечения расстройств, связанных с памятью. Узнав больше о том, как нейроны кодируют и хранят воспоминания, учёные смогут разработать терапию, которая может помочь улучшить память у людей, страдающих от нейродегенеративных заболеваний.
Будущие направления в исследованиях памяти
Результаты настоящего исследования открывают захватывающие возможности для будущих исследований, особенно в отношении того, как указанные нейроны функционируют во время сна. Сон крайне важен для консолидации памяти, но точные механизмы, задействованные в этом процессе, остаются неясными. Исследовательская группа полагает, что нейроны концептов и места могут активизироваться во время сна, чтобы помочь укрепить воспоминания. Будущие исследования, вероятно, будут посвящены изучению того, как эти нейроны работают во время сна и как они взаимодействуют с другими частями мозга.
Более того, результаты этого исследования поднимают интригующие вопросы о том, как эти нейроны вписываются в более широкую сеть областей мозга, участвующих в формировании памяти. Память — сложный процесс, требующий взаимодействия множества различных нейронных сетей.
Полученные результаты подчёркивают сложную, но точную систему обработки и сохранения воспоминаний в мозге. Будущие исследования будут направлены на изучение того, как эти нейроны функционируют во время сна и консолидации памяти, что может открыть новые возможности для лечения расстройств, связанных с памятью.
Идентификация нейронов концепта и нейронов места представляет собой значительное продвижение в понимании памяти. Эти нейроны отвечают за кодирование «что» и «где» в воспоминаниях, позволяя мозгу хранить подробную информацию о людях и местах. Это открытие дает ценные сведения о том, как формируются и восстанавливаются воспоминания, и может привести к созданию новых методов лечения расстройств памяти.
По мере того как исследователи продолжают изучать функции этих нейронов, возможности применения знаний о них становятся все шире. Улучшение функции памяти у людей с болезнью Альцгеймера или другими нейродегенеративными заболеваниями может стать большим прорывом в медицинской науке. Поняв, как нейроны способствуют развитию памяти, учёные смогут раскрыть ещё больше тайн о системах памяти мозга.
