"Помни когда…?" Сколько начинается задумчивое путешествие по переулку памяти. Но то, как мозг отслеживает, что произошло и когда, все еще остается предметом предположений. Вычислительная модель, разработанная учеными из Института биологических исследований Солка, теперь предполагает, что новорожденные клетки мозга, генерируемые тысячами каждый день, добавляют связанный со временем код, который является уникальным для воспоминаний, сформированных примерно в то же время.
"Обозначая современные события как похожие, новые нейроны позволяют нам вспомнить события определенного периода," размышляет Фред Х. Гейдж, Ph.D., профессор Лаборатории генетики, возглавлявший исследование, опубликованное в январе. 29 августа 2009 г., выпуск журнала Нейрон. Однако, в отличие от метки времени на цифровых фотографиях, нейронный временной код показывает только относительное время.
По иронии судьбы, Гейдж и его команда не собирались объяснять, как мозг хранит временную информацию. Вместо этого их интересовало, почему мозг взрослого человека постоянно порождает новые мозговые клетки в зубчатой извилине – входе в гиппокамп. Гиппокамп, небольшая область мозга в форме морского конька, распределяет память по соответствующим участкам хранения в мозгу после подготовки информации для эффективного воспроизведения.
"По крайней мере, один процент всех клеток зубчатой извилины незрелые в любой момент времени," объясняет ведущий автор Брэд Эймон, аспирант программы вычислительной нейробиологии Калифорнийского университета в Сан-Диего. "Интуитивно мы чувствуем, что эти новые клетки мозга должны быть полезны для чего-то, но на самом деле никто не знает, что это такое."
Каждый из этих новорожденных нейронов претерпевает длительный процесс созревания, во время которого он изменяется от гипервозбудимого до спокойного и достигает зрелых клеток мозга, которые уже хорошо связаны в установленной схеме. Упражнения, обучение и обогащение окружающей среды увеличивают распространение и выживаемость новых нейронов, в то время как патологический (хронический) стресс и возраст приводят к резкому сокращению их числа. Несмотря на растущее понимание того, как новые нейроны становятся частью существующей сети зубчатой извилины, до сих пор неясно, какова их точная функция.
Пытаясь выяснить роль новичков в мозге взрослого человека, исследователи Солка взяли каждую часть доступной биологической информации и загрузили ее в компьютерную программу, предназначенную для моделирования нейронных цепей в зубчатой извилине. "Большинство разработчиков моделей проверяют конкретную гипотезу и строят на ее основе модель," говорит Аймоне. "Мы старались не делать больших предположений о функциях новых нейронов. Вместо этого мы спросили: «Что такое биология и что подсказывает математика?»?’"
Быстро выяснилось, что чрезмерно возбудимая молодежь без разбора реагирует на поступающую информацию. "Схема в зубчатой извилине предназначена для разделения входящих воспоминаний на отдельные события, этот процесс называется разделением паттернов, но незрелые клетки мешают, размывая линии," говорит Аймоне. "И если они продолжают путать картину, в этом почти нет смысла."
Но ничто не длится вечно. Даже самые нервные клетки, которые раньше возбуждались чем угодно, со временем успокоятся. По мере того, как они созревают в полностью функциональные гранулярные клетки, они занимают свое место в существующей схеме, в то время как следующее поколение новорожденных нейронов занимает их место, отстреливаясь от новых событий.
Тем не менее, независимые события, которые не имели ничего общего, кроме того факта, что они произошли примерно в одно время, теперь будут навсегда связаны в наших умах – объясняя, почему обсуждение фильма, который мы посмотрели пару месяцев назад, может вернуть название кафе, которое мы посетили. потом, но чье имя ускользало от нас.
"Согласно современным представлениям, когда мы вызываем определенное воспоминание, оно передается обратно в зубчатую извилину, которая извлекает все связанные биты информации из своего внешнего хранилища," говорит Гейдж. "Наша гипотеза предполагает, что клетки, которые были легко возбудимыми сторонними наблюдателями, когда память формировалась, также задействованы, обеспечивая гиперссылку между всеми событиями, которые происходили во время их гиперактивной юности."
Исследование финансировалось Джеймсом С. McDonell Foundation, Kavli Institute for Brain and Mind, NSF Temporal Dynamics of Learning Center и U.S. Национальные институты здоровья.
Джанет Уайлс, доктор философии.Д., профессор Школы информационных технологий и электротехники Брисбенского университета, Австралия, также внес свой вклад в исследование.
Источник: Институт Солка