За что в мозге отвечают гиппокампы: МРТ гиппокампа (МРТ головного мозга при эпилепсии) в Москве

Содержание

Учёные узнали, как организм спасает центр памяти при ишемии мозга

Нейробиологи Томского государственного университета провели исследование, в ходе которого проанализировали процессы, происходящие при тотальном нарушении кровоснабжения головного мозга в гиппокампе – отделе, который называют «менеджером памяти». Иммунные клетки центральной нервной системы пытаются спасти его за счёт разрыва нервных связей и подавления гипервозбуждения нейронов, так называемой эксайтотоксичности. Новые фундаментальные данные важны для формирования эффективных подходов профилактики ишемии головного мозга у людей из группы риска, например, с тяжёлыми кардиопатологиями. Результаты исследований опубликованы в высокорейтинговом журнале «International Journal of Molecular Sciences».

– Несмотря на важность повреждения гиппокампа, особенности повреждений этого отдела при остановке сердца у людей и время появления этих повреждений плохо изучены, – говорит одна из авторов статьи, сотрудник лаборатории нейробиологии ТГУ

Татьяна Ананьина. – Мы проследили эти изменения на модели тотальной ишемии у крыс, которые перенесли остановку сердца продолжительностью семь минут. Самые серьёзные нарушения происходят именно в гиппокампе, поскольку в эту зону приходит возбуждение от огромного количества нейронов из других областей мозга.


Гиппокамп отвечает за процесс запоминания значимой информации. Иногда его называют «менеджером памяти». От состояния этого отдела зависит формирование эмоций, навигация и многое другое. Сличая новые сигналы с воспоминаниями, которые хранятся в гиппокампе, мозг принимает решение, стоит ли запоминать новую информацию.

– Наряду с тем, что было прогнозируемо (гибель нейронов, воспаление и пр.), мы зафиксировали снижение уровня содержания миелина – важной составляющей нервных волокон, от состояния которой зависит скорость распространения электрических импульсов между нейронами, – поясняет заведующая лабораторией нейробиологии ТГУ

Марина Ходанович. – При тотальном нарушении кровоснабжения головного мозга из разных его отделов в гиппокамп поступают многочисленные сигналы SOS. Принимающие их нейроны не справляются, перегрузка приводит к их гибели.


Однако организм пытается предотвратить это, и в ситуацию вмешивается микроглия – иммунные клетки мозга, которые не только борются с патогенами и поглощают остатки погибших клеток, но и обеспечивают его пластичность. У грызунов, перенесших в эксперименте тотальную ишемию, клетки микроглии приобрели специфичный вид – вытянулись в палочковидную форму и расположились вдоль миелинизированных отростков.

Предположительно, микроглия такой формы разрушает синаптические контакты, чтобы разъединить нейронную сеть и остановить поток внешних сигналов, избыток которых чреват гибелью нейронов в центре памяти.

– Известно, что микроглия способна прерывать связь между нейронами и перестраивать нейронные связи. Такой процесс, например, происходит при взрослении человека. Но в случае с ишемией головного мозга применительно к защите гиппокампа эта функциональная возможность пока не изучена, – добавляет 

Марина Ходанович. – Исследования показали, что на 10-е сутки после временной остановки кровообращения микроглия ещё предпринимает попытки защищать гиппокамп, а на 30-е – уже нет. На этом сроке они занимаются только расчисткой – утилизацией остатков погибших клеток.

Вместе с тем учёным удалось проследить и другие изменения, которые происходят в зоне повреждения. На 30-е сутки здесь отмечается значительное увеличение предшественников олигодендроцитов – клеток, которые обеспечивают миелинизацию.

«Повзрослев», олигодендроциты начинают работать над восстановлением миелина у оголенных аксонов – отростков, по которым передаются импульсы от одних нейронов к другим. Фундаментальные данные, полученные учёными ТГУ, в перспективе могут послужить основой для создания новых подходов к терапии пациентов, перенесших остановку сердца или мозговой инсульт.

где находится и за что отвечает

А вы знаете, что кратеры на Луне обнаружили раньше, чем узнали, что человеческий мозг разделен на отдельные участки, каждый со своей специализацией? И в настоящее время этот уникальный инструмент управления нашим телом продолжает сохранять многие свои тайны. А ученые, исследующие его функции, до сих пор приходят в удивление, раскрывая все новые свойства и особенности деятельности мозга. Ярким примером таких неожиданных открытий являются функции гиппокампа – небольшого парного образования в височных долях полушарий головного мозга.

Один из древнейших отделов головного мозга

Гиппокамп возник на заре эволюции позвоночных существ и прошел длительный путь развития, став необычайно важной частью структуры головного мозга человека. Свое немного странное название он получил благодаря изогнутой форме, напоминающей морского конька, а дословный перевод этого понятия – «изогнутый конь».

Гиппокамп – парный орган, его части располагаются в разных полушариях, но связаны между собой специальными нервными волокнами. Сравнительно небольшие «загогулины» гиппокампа входят в древнейшую область головного мозга – лимбическую систему, которую еще называют археокортекс — «древняя кора». Она управляет элементарными физиологическими процессами и вегетативными функциями. Можно сказать, что лимбическая система – это то, что роднит наш мозг со всеми млекопитающими.

Гиппокамп еще древнее, но, несмотря на небольшой размер, это совсем не примитивное образование. И он только начал открывать свои тайны.

Многофункциональность гиппокампа

Еще в XVI веке итальянский анатом Джузеппе Аранци (Арантиус) обратил внимание на два небольших парных отдела мозга, похожих на морских коньков. Этому ученому мы обязаны не только понятием «гиппокамп». Арантиус предположил, что данный участок мозга отвечает за восприятие запахов, и вплоть до конца XIX физиологи его называли «обонятельным мозгом». Только в 1890 году знаменитый русский физиолог В. М. Бехтерев опубликовал результаты исследований, в которых доказывал связь гиппокампа с процессами запоминания и сохранения информации.

Управление памятью

Маленькие по сравнению со всем остальным мозгом «загогулины» гиппокампа управляют сложными процессами кратковременной памяти и перемещением обработанной информации в память долговременную. То есть всеми нашими профессиональными знаниями и навыками, воспоминаниями детства, сохраненной информацией о значимых событиях жизни и лицах знакомых и близких людей мы обязаны гиппокампу.

Правда, как происходит процесс управления памятью, до сих пор остается тайной. Но само расположение гиппокампа таково, что он оказывается связан со всеми отделами головного мозга, куда и распределяет все, что нужно запомнить и сохранить.

В ведении этого отдела мозга находится эмоциональная память, то есть сохранение эмоций и чувств. Это, пожалуй, один из древнейших видов памяти, и он самый прочный. Мы можем забыть детали события, черты участвующих в нем людей, но вот память о пережитых чувствах сохраняется очень долго.

Как показали исследования, гиппокамп отвечает и за память на лица. Это тоже очень важный вид памяти, который в древности к тому же играл защитную функцию, ведь очень важно быстро отличить врага от друга.

Кроме этого, гиппокамп занимается своеобразной сортировкой информации, отсеивая незначимую или неважную, а нужную отправляя на длительное хранение в другие отделы мозга, которые отвечают за самые разные виды памяти. Эта сортировка происходит преимущественно во сне. Думаю, вы слышали, что во время подготовки к экзамену, когда требуется запомнить большой объем информации, полезно спать днем. Это как раз связано с режимом работы гиппокампа, который обрабатывает и сортирует поступившую в мозг информацию, пока человек спит. Во время бодрствования у этого отдела мозга есть много других важных обязанностей. Например, ориентация в пространстве.

Функция пространственной ориентации

Человек постоянно находится в многообразных отношениях с окружающим миром. Эти отношения, как правило, включают различные двигательные операции и сложные действия, связанные с ориентацией в пространстве. Без способности к такой ориентации мы даже ложку ко рту не сможем поднести или на стул сесть. Управляет всем этим тоже гиппокамп. Даже наше трехмерное восприятие и функционирование в 3D-мире – это его же заслуга.

Все впечатления и ощущения, связанные с восприятием окружающего пространства,  гиппокамп сохраняет в памяти как важный опыт. Пространственная память позволяет нам ориентироваться даже в совершенно незнакомой обстановке, соотносить размеры объектов, их сущность и расстояние до них. Например, способность ориентации на местности позволяет нам понимать, что яма на дороге опасна и ее надо обойти, даже если мы в первый раз идем по этой дороге и никогда не видели эту яму. Кстати, то, что мы можем распознавать и идентифицировать разные объекты, несмотря на наше пространственное положение и скорость движения, тоже заслуга гиппокампа. Так, стул мы воспринимаем одинаково, вне зависимости от того, сидим мы на нем, стоим рядом, лежим на полу или проходим мимо него.

Последние исследования показали, что гиппокамп не только управляет нейронами, отвечающими за восприятие пространства, но и хранит своеобразные нейронные карты, тех мест, где мы были. И у людей, профессия которых связана с необходимостью хорошей пространственной памяти, например, у таксистов, гиппокамп часто больших размеров, чем у тех, кому сохранение информации о местности не так важно.

Фабрика нейронов

Долгое время считалось, что основная масса нейронов – нервных клеток головного мозга – формируется в детстве, а у взрослого они могут только отмирать в результате нервных перегрузок и от старости. Думаю, фразу «нервные клетки не восстанавливаются» слышали все.

Оказалось, это совсем не так. Нейроны воспроизводятся, то есть «рождаются» в течение всей жизни человека, и при должной психической активности (когда человек мыслит, решает сложные задачи, занимается творчеством) они включаются в деятельность мозга. Правда, с возрастом скорость создания новых нервных клеток снижается, зато увеличивается срок жизни уже имеющихся.

Так вот, основной фабрикой по производству нейронов головного мозга тоже является гиппокамп. Ежедневно он «производит» порядка 700 нервных клеток. Этот процесс, названный нейрогенезом, открыт сравнительно недавно и пока мало изучен.

Есть предположение, что функции гиппокампа этим не ограничиваются. Его роль в работе головного мозга огромна, что доказывается и теми проблемами, которые возникают при нарушении функционирования этого сравнительно небольшого отдела нашего «центрального компьютера».

Последствия повреждений гиппокампа

Нарушения в деятельности человеческого мозга могут быть вызваны тремя группами причин:

  • травмами;
  • психическими заболеваниями;
  • нейродегенеративными процессами, вызванными приемом наркотических веществ и алкоголя или связанными со старением.

Почти все эти факторы так или иначе затрагивают и деятельность гиппокампа, что приводит к нарушению или утрате ряда важных психических функций.

Нарушение памяти

Большинство проблем с памятью возникает именно при повреждении гиппокампа или нарушении его деятельности. Речь здесь идет не о банальной забывчивости и рассеянности, а о серьезных патологиях. К ним относятся два основных вида частичной потери памяти:

  • Ретроградная амнезия – утрата памяти о событиях, предшествующих травме или заболеванию.
  • Антероградная амнезия – забывание того, что случилось уже после несчастного случая или наступления болезни.

В обоих случаях утрачивается только декларативная память, основанная на обобщении нашего опыта, узнавании событий, лиц и т. д. Это сфера осознанных воспоминаний, которой и управляет гиппокамп. Как было уже сказано, этот отдел головного мозга связан с переводом информации из кратковременной памяти в долговременную, и повреждение гиппокампа приводит к нарушению этого процесса. В результате либо оказывается закрыт доступ к данным, хранящимся в долговременной памяти (ретроградная амнезия), либо становится невозможным долгосрочное хранение только что полученной информации – антероградная амнезия.

Психопатологии

Гиппокамп не только очень важная, но и уязвимая часть нашего мозга. При различных психических заболеваниях, вызванных генетическими патологиями, стрессами, употреблением психотропных средств или старением, он страдает в первую очередь.

Несмотря на недостаточную изученность функций гиппокампа, его связь с некоторыми психическими нарушениями установлена довольно точно:

  • Эпилепсия. Как показали исследования, патологии или деформации гиппокампа были выявлены у 75 % больных эпилепсией.
  • Болезнь Альцгеймера. Это заболевание, характерное для пожилых людей, связано с дисфункцией гиппокампа, который даже уменьшается в объемах. И симптомы болезни Альцгеймера указывают на ее связь с нарушением работы данного отдела мозга. Это ухудшение памяти и проблемы с ориентацией в пространстве, а при глубокой патологии – неспособность узнавать лица близких.
  • Синдром Корсакова, который может быть как алкогольным, так и безалкогольным, связанным, например, с опухолью мозга, травмой, сосудистыми нарушениями в старости и т. д. Для этого заболевания характерна неспособность сохранять в памяти события настоящего и дезориентация в пространстве, времени, происходящих событиях.

Одним из факторов нарушения функций гиппокампа является затяжной стресс, который приводит к быстрой и массовой гибели нейронов. Отвечающий за их воспроизводство гиппокамп просто не справляется с нагрузкой. К разрушению клеток этого отдела головного мозга также причастен гормон кортизол, который в больших количествах вырабатывается во время стресса для активизации деятельности организма, стимуляции мышечной и сосудистой системы и т. д. Главным побочным эффектом воздействия кортизола на головной мозг является нарушение работы гиппокампа, что приводит к ухудшению памяти, рассеянности, дезориентации в пространстве.

Поэтому так важно избегать длительных стрессовых состояний. Но если уйти в лес и жить в уединенной избушке на берегу озера – это не ваш вариант, то стоит научиться управлять своими эмоциями и сохранять спокойствие.

Код мозга и память. Загадка гиппокампа / Хабр

Совсем недавно были объявлены Нобелевские лауреаты 2014 года. Премию по физиологии или медицине разделили американец Джон О`Киф и супруги норвежцы Эдвард Мозер и Мэй-Бритт Мозер. Исследования, которые получили столь высокую оценку, касались небольшого участка мозга, называемого гиппокампом. Это название происходит от греческого ἱππόκαμπος — морской конек, именно на на него чем-то отдаленно похож этот удивительный орган.

В 1971 году Джон О‘Киф открыл в гиппокампе клетки места (O’Keefe J., Dostrovsky J., 1971). Эти клетки реагируют подобно внутреннему навигатору. Если крысу поместить в длинный коридор, то по активности определенных клеток можно будет точно сказать, в каком его месте она находится. Причем реакция этих клеток не будет зависеть от того, как она попала в это место.

В 2005 году в энторинальной области коры, которая является частью гиппокампальной формации, Мозерами были обнаружены нейроны, кодирующие положение в пространстве, образующие нечто наподобие координатной сетки (Hafting T., Fyhn M., Molden S., Moser M.B., Moser E.I., 2005).

Вполне естественно, что оба этих открытия были объединены в одну премию с формулировкой: за открытие клеток, составляющих систему позиционирования в головном мозге.

Но эти открытия не сняли вопросы о роли гиппокампа, а скорее умножили их. В 2011 году оказалось, что в гиппокампе есть клетки, которые определенным образом кодируют временные интервалы. Их активность образует ритмические узоры, даже если ничего другого вокруг не происходит (Christopher J. MacDonald, Kyle Q. Lepage, Uri T. Eden, Howard Eichenbaum, 2011). То есть получается, что кроме ориентации в пространстве гиппокамп отвечает и за ориентацию во времени.
Но мало того, уже давно показано, что именно гиппокамп играет ключевую роль в формировании памяти. В 1953 году пациенту, которого принято называть H.M., хирург полностью удалил гиппокамп (W. Scoviille, B. Milner, 1957). Это была рискованная попытка вылечить сильную эпилепсию. Было известно, что удаление гиппокампа одного из полушарий действительно помогает при этой болезни. Учитывая исключительную силу эпилепсии у H.M., врач удалил гиппокамп с обеих сторон. В результате у H.M. полностью исчезла способность что-либо запоминать. Он помнил, что было с ним до операции, но все новое вылетало у него из головы, как только его внимание переключалось. Загадочность усиливает то, что удаление гиппокампа только с одной стороны или с обоих сторон, но частичное, способность запоминать новое практически не затрагивает.

Есть гипотезы, что гиппокамп — это хранилище краткосрочной памяти, которая затем перераспределяется в долговременную память, наподобие ОЗУ компьютера. Но никто так и смог дать внятных объяснений по поводу того как такая память может быть устроена и как воспоминания могут передаваться с места на место.

Конечно, можно предположить, что гиппокамп – это просто такое место мозга где случайно пересеклось несколько совершенно разных систем, каждая со своей независимой функцией. Но, следуя логике хорошего детектива, все эти чудесные свойства гиппокампа не могут быть случайным совпадением. В детективе, а в науке всегда то же самое, должно найтись такое объяснение, которое покажет неразрывную связь всех улик и высветит их скрытый ранее смысл.

Несложно сообразить, что разгадка гиппокампа должна, не много ни мало, объяснять, как устроена человеческая память. А понятно, что объяснить устройство памяти нельзя, не ответив на вопросы о том, как мозг вообще кодирует и обрабатывает информацию. К сожалению, никаких общепризнанных теорий на эту тему не существует. Сложность в том, что информационные алгоритмы, реализуемые на компьютерах, не удается сопоставить с работой нейронов реального мозга. А те возможности, что принято приписывать биологически достоверным нейронным сетям не позволяют реализовать ничего мало мальски интересного.

Те, кто читал мои предыдущие материалы знают, что я работаю над моделью коры, которую называю паттерно-волновой. Конечно, это прозвучит нескромно, но похоже, что основные загадки информационного кода мозга и механизма памяти в этой модели удалось разрешить. Так получается, что не последнее место в этом объяснении отводится тому самому загадочному гиппокампу. В паттерно-волновой модели получилось естественным образом свести вместе все его столь удивительные свойства. Причем не подогнать объяснение под то, как все вышеперечисленное может уживаться вместе, а показать, что в той модели памяти, что в моем подходе свойственна реальной коре, все свойства гиппокампа оказываются неизбежно предопределенными.

Если мне удалось вас заинтриговать, то ниже относительно свежая запись лекции, где дается мое объяснение принципов работы мозга и роли гиппокампа во всем этом.

К сожалению «Лекториум», который вел запись, сильно напортачил со звуком, в связи с чем я долго колебался стоит ли выкладывать это на Хабр(Гиктайм). Но такое совпадение как Нобелевская премия именно за исследования гиппокампа стало решающим доводом за.

Продолжение о мышлении и роли эмоций.

UPD.
Спасибо пользователю Alexufo за обработку звука, которая несколько уменьшила помехи.

Часть гиппокампа отвечает за эмоциональную регуляцию

Исследование, проведенное группой неврологов, показало, что определенная часть гиппокампа играет важную роль в эмоциональной регуляции, что раскрывает новые функции этой части мозга, — сообщает medicalxpress.com.

Гиппокамп представляет собой структуру, расположенную глубоко внутри мозга. В рамках лимбической системы он играет важную роль в обработке воспоминаний и пространственном мышлении, в том числе в ориентировании млекопитающих в среде их обитания.

Ранее была изучена роль гиппокампа в вопросах памяти и деменции, особенно в отношении болезни Альцгеймера – гиппокамп одним из первых поражается при болезни Альцгеймера. Но только в последнем исследовании стало ясно, что передний гиппокамп может играть определенную роль в эмоциональной регуляции, включая переживание тревоги и депрессии.

Руцуко Ито — доцент кафедры психологии — и его команда исследовали вентральный гиппокамп у крыс – область, которая коррелирует с передним гиппокампом у людей. Они хотели изучить, какую роль играют два отдела вентрального гиппокампа, называемые CA1 и CA3, в ситуации конфликта «стремление-избегание» (теория конфликтов Курта Левина описана в книге «Психологическая ситуация награды и наказания»).

Конфликт стремление-избегание — это модель, используемая в психологии, чтобы проверить, как животные справляются со страхом и тревогой. Такой конфликт предполагает выбор: принять решение или отвергнуть его,  так как оно имеет и положительные,  и отрицательные последствия. 

«Представьте, что вы идете в любимый ресторан, но в тот момент, когда заходите внутрь, видите человека, которого терпеть не можете. Вы будете заходить или нет?» — приводит пример доцент Энди Ли – сотрудник исследования.

Ученые обнаружили, что деактивация CA1 заставляет мозг избегать конфликта,  а деактивация CA3 — стремиться к принятию решения,  идти на риск. 

Ито считает это открытие важным, потому что традиционно считалось иначе: эти области вместе с зубчатой ​​извилиной образуют схему, через которую поток информации проходит в одном направлении. Информация, обрабатываемая зубчатой ​​извилиной, передается через CA3, а затем CA1. Другими словами, CA1 и CA3 должны выполнять одну и ту же функцию, потому что они являются частью одной и той же схемы обработки информации.

«Но это не так, CA1 и CA3 в вентральном гиппокампе, похоже, делают абсолютно противоположные вещи в отношении обработки конфликтов, — говорит Ито. — Это странный двунаправленный или оппозиционный эффект, и это противоречит традиционному мышлению о том, как эта часть мозга обрабатывает информацию».

Благодаря возможной роли гиппокампа в базовой мотивации поведения,  он может дать важную информацию о различных психических заболеваниях. Наркомания, например, может быть связана с «отключением» СА3, а тревога и депрессия, наоборот, —  с деактивацией СА1.

Руцуко Ито говорит, что следующим шагом будет изучение связей CA1, CA3 с другими частями мозга, которые могут участвовать в эмоциональной регуляции и мотивации. 

 

 

Где живет наша память? «В МИРЕ НАУКИ» № 10

Память — эфемерная структура, с трудом поддающаяся измерению. Лимит человеческой памяти неизвестен, а изучение ее механизмов занимает важнейшее место среди вопросов познания мозга. Чем травматическая память отличается от обычной и где хранятся наши воспоминания? Чего не хватает для построения единой теории мозга? На эти и многие другие вопросы отвечает начальник лаборатории нейронаук Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий, нейробиолог Ольга Игоревна Ивашкина.

— Локализована ли память где-то конкретно в мозге? Верно ли, что гиппокамп, пускай он и отвечает за перевод памяти из кратковременной в долговременную, все же не служит средоточием памяти в глобальном смысле?

—  Верно. С одной стороны, мы не можем отрицать анатомическую структуру, а с другой — нельзя сказать, что какая-то функция, в том числе память, ограничена лишь одной анатомической структурой, а значит, истина находится где-то посередине.

Известно, что память и ее отдельные эпизоды распределены в сетях нейронов, а эти нейроны, в свою очередь, распределены по всему мозгу. Какие нейроны и из каких структур будут входить в сеть конкретного памятного эпизода, зависит оттого, какой это эпизод. Например, если я вспоминаю мелодию какой-то песни, то, конечно, буду задействовать слуховые нейроны, центры речи и т.д. Если же я вспоминаю то, чего боюсь, то в такую сеть будут входить нейроны структуры, которая называется «миндалина» и связана с эмоциями, страхами и т.д.

Гиппокамп действительно очень важен для памяти, и если по какой-то причине он будет разрушен или будет нарушена его функция, тогда и возможности запоминания будут существенно снижены.

— Сразу вспоминается знаменитый пациент Г.М. (Генри Густав Молисон), который разучился что-либо запоминать после того, как у него были удалены части гиппокампа.

—  Да, именно так. Хотя теперь мы знаем, что во время операции у Г.М. пострадал не только гиппокамп, но и несколько областей коры головного мозга, а также миндалины.

И все же гиппокамп — это лишь некоторые формы памяти; он, например, никак не влияет на моторную память. Умение ездить на велосипеде или играть в футбол — это моторная память, которая зависит от совершенно других структур.

—  От каких?

—  В основном это моторные области коры и мозжечок. Кроме моторной существуют и другие формы памяти, которые никак не зависят от гиппокампа. Например, есть такая форма обучения — вкусовая аверсия. Представим, что мы попробовали что-то новое, какой-нибудь экзотический фрукт, и отравились им. Нам стало плохо, поэтому мы сразу связываем этот вкус с плохим состоянием и в будущем постараемся по возможности этого избегать. То же самое можно развить у мышей, причем такая память тоже вырабатывается без участия гиппокампа, хотя какие-то его клетки все равно могут входить в эту общую сеть. Дело только в количестве этих клеток и в наполнении этой сети.

Справка. Генри Густав Молисон — самый знаменитый неврологический пациент в истории науки. В 1953 г., для того чтобы облегчить тяжелейшее течение эпилепсии, Молисону была сделана экспериментальная операция по удалению гиппокампа из обоих полушарий мозга. В результате у пациента пропала возможность запоминать что-либо, то есть навсегда исчезла долговременная память.

—  Получается, память повсюду? Она как бы вплетена в структуру мозга?

—  Да. Память распределена по мозгу, она представляет собой нейронную сеть. Это самое важное, что нам нужно понимать. Эти нейронные сети действительно распределенные. Чтобы увидеть всю память, нам нужно иметь возможность наблюдать мозг целиком.

—  А это возможно — увидеть, как вы говорите, всю память?

—  На данный момент мы не можем созерцать все многообразие сетей нейронов, кодирующих все возможные воспоминания, но можем следить за некоторыми из них.

—  Еще одна интересная тема, связанная с памятью, — это запах. Механизм его воздействия можно сравнить с машиной времени: запах возвращает нас в самые давние воспоминания, о которых мы даже не подозревали, что храним их. Ведь не зря же запахи используют в криминалистике. Известный следователь Н.Н. Китаев, например, специально изучал эту тему и задействовал разные запахи во время допросов.

—Для каких-то конкретных воспоминаний нам всегда важен контекст. Это как раз то, что используют криминалисты или психологи. Если нужно что-то вспомнить, то сделать это проще, когда мы погружены в контекст конкретного воспоминания. Для воссоздания контекста могут привлекаться запахи, связанные с событием, которое, например, происходило в комнате или на открытом воздухе, где ощущалось дуновение ветра или даже слышались какие-то звуки. Так, если что-то произошло в комнате, где шумит кондиционер, этот звук тоже может выступать своеобразным «якорем». Кстати, подобные методики мы используем в своих экспериментах на мышах.

Всегда есть память обо всей обстановке, о контексте, и внутри нее могут быть еще какие-то специфические воспоминания. Запах — это эволюционно древнее чувство. Активируя определенные нейроны, «вытащить» воспоминания из сети, которая их кодирует, довольно просто. Гораздо сложнее восстановить какие-то конкретные зрительные сцены.

— И в се же ни звук, ни картинка, на мой взгляд, не идут ни в какое сравнение с запахом…

—  В целом да. Причем у нас это может быть не так ярко выражено, если сравнивать с животными. Мы же относимся к микросматикам — существам со слабой степенью развития обонятельной системы. Мы не так хорошо различаем запахи, как собаки или грызуны. А для других животных это вообще очень мощный стимул, и они в своей жизни на него в основном и ориентируются. И если зрительные стимулы постоянно сменяются, то запахи — более постоянные и конкретные. Получается, что за них просто легче зацепиться.

Кроме того, важный момент — наличие прямых связей у нейронов обонятельных луковиц, которые кодируют разные запахи, с клетками гиппокампа и миндалины. Запах может впечататься очень сильно: если активируются определенные нейроны, то и вся сеть конкретного воспоминания может за них зацепиться. Поскольку память — это сеть и нейроны связаны друг с другом, то когда активируются какие-то клетки, связанные с запахом, за ними по цепочке могут быть задействованы клетки, которые связаны уже с другими аспектами. И тогда мы что-то вспоминаем ярко.

—  Может ли быть так, что мозг на самом деле помнит абсолютно все, просто мы не имеем доступа к каким-то воспоминаниям?

—  Мы знаем, что есть процесс активного забывания: например, многое из того, что мы видим за день, ночью стирается из памяти. Нам не нужно запоминать черты лиц всех людей, которые с нами ехали в метро и на которых мы обратили внимание. или какие-то обрывки фраз. Есть очень много вещей, которые мы могли бы запоминать, но мы их не запоминаем.

—  То есть кратковременная память. А долговременные воспоминания остаются навсегда?

—  С одной стороны, действительно, есть теория, в соответствии с которой многое остается, но мы просто теряем к этому доступ. С другой стороны, известно, что мы все равно можем что-то забывать, а главное — что память постоянно меняется. Наше воспоминание о чем-то отнюдь не статично, причем ни в нашем проявлении, как мы это вспоминаем, ни в нейрональном субстрате. Это объясняется тем, что нейроны, входящие в эту сеть, не одни и те же: если мы сегодня что-то выучим и запомним, а затем посмотрим на слепок этих нейронов, то это будет один слепок, а когда мы то же самое вспомним завтра или через три дня, сеть будет уже чуть-чуть другая, другие клетки.

В памяти, согласно принятой сегодня концепции, постоянно происходит некоторое «дообновление». Этим, кстати, объясняется то, что мы помним что-то про детство, но обычно это не совсем то, что с нами реально происходило: воспоминания часто обрастают несуществующими деталями.

— Рост новых клеток головного мозга у человека никогда не прекращается?

— Да, есть такое понятие, как «взрослый нейрогенез». В принципе, нейрогенез у нас активно идет при внутриутробном развитии, интенсивен он также и в детском возрасте, когда достигает своего максимума, а затем постепенно затухает, но полностью никогда не заканчивается. Во взрослом возрасте прирост новых нейронов происходит в гиппокампе, в структуре под названием «зубчатая фасция», и в местах, которые называются «околожелудочковая зона», — в желудочках мозга, по которым течет спинномозговая жидкость. Недавно в научном мире даже были дебаты на эту тему. Одна группа ученых показала, что у человека во взрослом возрасте нейрогенез сходит на ноль, другие же ученые заявили, что это не так, и указали на методические ошибки своих оппонентов. Вышла целая серия статей, посвященных этой теме. Но мы пока считаем, что у человека даже во взрослом возрасте появляются новые нейроны.

Есть второй дискуссионный вопрос: стволовые клетки, из которых появляются новые нейроны. Истощается ли со временем их пул? Одна теория гласит, что они могут постоянно самоподдерживаться и запас со временем не иссякает. В соответствии с другой версией, напротив, стволовые клетки истощаются и могут совсем закончиться. Этого мы пока не знаем. Что же касается упомянутого нейрогенеза, то да, обновление нейронов происходит, и они могут встраиваться в сети головного мозга. В гиппокампе они интегрируются в том числе в нейронные сети, кодирующие разные воспоминания.

Гиппокамп/ Схема мозга.

— Выдающийся английский натуралист Альфред Рассел Уоллес говорил об избыточности возможностей человеческого мозга: зачем нам мозг, способный создавать музыкальные шедевры или строить математические теории? А что сегодня известно об уникальности или неуникальности нашего мозга?

— В целом можно сказать, что, поскольку мы отличаемся от приматов, в нас действительно есть что- то особенное. И, несмотря на то, что на уровне ДНК сходство между нами и шимпанзе превышает 98%, у людей есть определенные гены, которых нет у приматов. И это в том числе опосредует то, что мы другие.

На самом деле мы пока до конца не знаем, что именно делает нас отличными от других животных. Мы видим, что базовые принципы очень похожи. Если взять червяка С. elegans, который может обучаться, и человека и посмотреть на синаптические процессы (те, которые происходят при обучении), то мы увидим отличия в местах контакта между нейронами. Однако базовые принципы все равно одинаковы. Если смотреть дальше — на животных, которые эволюционно к нам ближе, — эти принципы и механизмы будут все более схожи. Но есть определенные области, которые устроены по-другому. Судя по всему, существует еще какая-то принципиальная надстройка, дающая нам такую развитую психику и такие когнитивные функции. Но пока мы не можем это объяснить.

В биологии идею о том, что эволюция закончилась у нас в голове, называют парадоксом Уоллеса. Альфред Рассел Уоллес — выдающийся английский натуралист, современник Дарвина, наряду с ним считающийся первооткрывателем эволюции путем естественного отбора. Источник: Frans de Waal PhD, 2016. Фото: London Stereoscopic and Photographic Company (active 1855-1922), first published in Borderland Magazine, April 1896.

— Если сравнить мозг человека и мозг шимпанзе, то какие принципиальные отличия можно обнаружить?

— Важным отличием будет, например, то, что у нас есть области, связанные с языком. У шимпанзе таких областей нет — и нет способностей к такому же развитому языку, как у нас. В целом, не вдаваясь в подробности, скажу, что в их мозге все распределено несколько по-другому.

Что касается людей, то наш мозг в отличие от мозга шимпанзе устроен более плотно, в нем больше нейронов на единицу площади. Все эти вещи, о которых мы говорим, — чисто количественные, на фундаментальные вопросы ответа они не дают.

Долгое время считалось, что важен размер мозга. Затем стали говорить, что имеет значение соотношение размеров мозга и тела. Но есть примеры, которые показывают, что мы и здесь не на первом месте. Видимо, в устройстве сетей нейронов имеют значение некие более сложные феномены, и их мы пока объяснить не можем.

— А увидеть их, используя оборудование для сканирования мозга, возможно?

— Если мы посмотрим на мозг в магнитно-резонансном томографе (МРТ), то увидим активацию определенных структур. МРТ может лишь показать какие-то явления, но не объяснить их. Нельзя объяснить сложные психические функции тем, что мы видим, что какие-то структуры активируются, а какие-то нет. Это всего лишь некоторая корреляция, но, чтобы докопаться до сути вещей, нам нужны новые идеи о том, как устроены эти нейронные сети.

— Поговорим о вашей работе. В лаборатории нейронаук Курчатовского комплекса НБИКС- природоподобных технологий, которой вы руководите, проводятся беспрецедентные эксперименты по изучению того, можно ли стереть память. Расскажите об этом подробнее.

— Да, работая с лабораторными мышами, мы исследуем возможность избавиться от определенных воспоминаний. Это интересует нас, в частности, в контексте травматической памяти, которая формируется при сильных стрессовых воздействиях. Есть такое заболевание — посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР). Оно развивается у людей, которые попали в какие-то тяжелые ситуации: теракты, военные действия, авиакатастрофы и т.д. Мы можем моделировать это состояние на животных и далее пытаться стереть у них эту травматическую память, потому что от травмирующих воспоминаний для организма нет никакой пользы.

— Такая методика могла бы стать отличным дополнением к психотерапии. А вам уже удавалось уничтожить определенные воспоминания у животных?

— Сейчас мы можем это делать на мышах. Если мы предложим животному вспомнить травмирующую ситуацию и в определенный момент введем вещества, нарушающие синаптическую пластичность, то получим желаемый эффект. Но людям такая процедура, конечно, пока еще недоступна, потому что используемые вещества имеют ряд побочных токсических эффектов. Предстоит еще много работы, прежде чем подобное лечение от травмирующих воспоминаний можно будет внедрять в клиническую практику.

Стирать определенные воспоминания у мышей нам удается с помощью процедуры реактивации памяти: когда мы что-то вспоминаем, память приходит в лабильное состояние и в этот момент ее можно заблокировать. В том числе в этот момент можно заблокировать и стереть травматическую память.

Стирание памяти как таковое — известный факт. Нам же было важно показать, что мы можем прицельно уничтожить именно травматическую память.

Еще один способ удалить травматическую память — непосредственно в момент вспоминания попробовать затормозить работу той сети нейронов, которая участвовала в воспоминании. Это можно сделать с помощью методов оптогенетики. Мы берем сеть, которая участвует в воспоминании, и маркируем ее специальными белками, представляющими собой светочувствительные каналы. Если на эти нейроны попадет свет определенной волны, например синий или красный, в зависимости от каналов, то эти каналы откроются и нейроны затормозятся.

— Вы изучаете страх у мышей. Расскажите об этих исследованиях.

— Эта тема — одна из важнейших в нашей научной программе. Мы исследуем, как формируется аверсивная память у мышей — когда они запоминают то, что вызывает у них страх. Для этого мы используем классическую модель обучения, так называемое условно-рефлекторное замирание. Это значит, что мы помещаем животных в какую-то новую для них камеру, они ее обследуют и у них формируется память о контексте, об обстановке: что это за камера, как там пахнет, какие там звуки и т.д. Затем мы можем подавать какие- то дискретные сенсорные стимулы, обычно звуковые. В определенный момент времени подается электрический ток, животные пугаются и начинают считать эту камеру и эти сенсорные стимулы опасными. Дальше можно разными способами заглядывать в мозг животного и смотреть, что там происходит.

Одна из интереснейших вещей — наши попытки понять, как именно мы запоминаем контексты. Перед нами стоял вопрос: запоминаем ли мы все целым комплексом сразу или есть нейроны отдельных элементов этого комплекса, которые затем соединяются? Для того чтобы это узнать, мы обучали животных бояться определенного сочетания сигналов: например, свет и звук вместе. Это сочетание мы связывали с электрическим током и дальше искали нейроны отдельных компонентов или всего комплекса сразу. Оказалось, что есть и те и другие.

Получается, что мозг запоминает травмирующий контекст двумя способами сразу, что позволяет нам, с одной стороны, запоминать всю обстановку целиком, ас другой — запоминать отдельные элементы, и с этим связаны совсем другие нейроны. Это некая двойная система кодирования травмирующих ситуаций: отдельные клетки кодируют всю ситуацию целиком, и отдельные клетки кодируют единичные элементы этой ситуации.

 

Исследования по стиранию травматической памяти, проводящиеся в лаборатории нейронаук Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий, в будущем смогут дополнить психотерапию и психиатрию новыми методами лечения ПТСР. Фото: А.С. Луфт, «В мире науки».

— Классическая реакция на угрозу известна как «бей или беги». Как наш мозг решает, каким образом лучше поступить: бить, бежать или, может, замереть?

— Организм всегда руководствуется тем, что адаптивно в данный момент. Возьмем для примера условных мышей в камере, которые получают разряды тока. Из трех вариантов самым адаптивным будет затаиться, потому что атаковать, по сути, некого (ток приходит откуда-то снизу, без конкретной локализации) и бежать тоже некуда. Мыши уже поняли, что это замкнутая камера, поэтому они выбирают затаиваться. Точно так же как и животные в естественной среде решают, сбежать от хищника или попытаться затаиться и спрятаться. С одной стороны, выбор определяется тем, что будет более адаптивно, с другой — у людей, да и у животных тоже, есть индивидуальные стереотипные паттерны поведения, которые вырабатываются в течение жизни. Например, кого-то учили всегда давать сдачи, а другому говорили: «Лучше отойди и не ввязывайся в конфликты». Это просто наглядные примеры. И это определяет характерный паттерн. Соответственно, паттерн накладывается на то, что в данный момент представляется более адаптивным. Так что те или иные стратегии поведения проявляются в разных ситуациях.

— Все ваши исследования очень интересны. А вы можете выделить какое-то одно наиболее перспективное направление?

— Наиболее интересно для меня и моих коллег — понять принципы, клеточные механизмы обучения памяти. Как я уже говорила, память — это не что-то статичное, мы рассматриваем ее в динамике. Нам важно понять, что происходит с памятным следом со временем. Например, при старении. Да, мы знаем, что память с возрастом ухудшается, но как это проявляется на конкретных нейронах? Чем травматическая память отличается от обычной? Ведь, в принципе, пугаться чего-то — вполне нормальное адаптивное явление, и мы таким образом понимаем, какой конкретно угрозы следует избегать в будущем.

— В чем же тогда принципиальное отличие травматической памяти?

— В том, что травматическая память уже не адаптивная, она не специфическая. Мы не боимся чего-то конкретного, а растим в себе генерализованный страх — когда какие-то не связанные с изначальной стрессовой ситуацией вещи начинают вызывать весь комплекс болезненных воспоминаний. Характерный пример: громкий звук стартующего автомобиля способен напугать бывших военных, которые слышали выстрелы на поле боя. Страх могут вызывать другие громкие звуки или даже какие-то тени. У каждого свой страх. Но чем именно сильная травматическая память и адаптивная аверсивная память отличаются на уровне нейронов, мы пока до конца не знаем.

Нам удалось показать, что изменения в мозге, вызванные стрессом, могут иметь пролонгированный характер. Например, произошла травматическая ситуация, она закончилась, дальше мыши сидят в своих домашних клетках и, казалось бы, с ними уже ничего плохого не происходит; но если через неделю после травмирующей ситуации взять эту мышь из домашней клетки (а для мыши неделя—  это уже довольно много) и посмотреть на ее мозг, оказывается, что мозг находится в состоянии повышенной активности.

— То есть она всю неделю пребывала в таком состоянии?

— Да. Всю неделю мыши сидели как будто спокойные в своих домиках, в своих родных клетках, но это только с виду. Если мы возьмем мышь без травмы в анамнезе до этого, просто обычную мышь, и посмотрим на ее мозг, он будет находиться в спокойном состоянии. Да, там будут какие-то отдельные активные нейроны, отдельные структуры, но в целом, если мы посмотрим на белковые слепки активности мозга, они будут, как мы говорим, пустыми: там не будет большого количества активированных клеток, которые находятся в состоянии пластичности. А если мы возьмем мышь, у которой семь дней назад была травма, то увидим, что во многих структурах мозга очень много нейронов, которые находятся в состоянии повышенной пластичности. И если мы посмотрим на связанность структур друг с другом, окажется, что и она изменилась. Это значит, что в течение долгого времени после травмы мозг находится не в нормальном состоянии, не в покое. Кстати, похожие вещи видно в исследованиях и у людей с травмами, если смотреть на активность их мозга под МРТ. Получается, мозг находится в повышенном, активированном состоянии по сравнению с обычным. Дальше мы уже смотрим на более детальные механизмы, на то, как структуры и клетки синхронизируются друг с другом после травмы. Мы пытаемся понять, действительно ли наши процедуры по стиранию памяти приводят к тому, что мозг возвращается в нормальное состояние.

— А такая повышенная активность мозга — разве плохо?

— Да, получается, что не очень хорошо, потому что дальше у животных развиваются симптомы травмы. Например, если мы говорим про мышей, то они начинают бояться ситуаций, в которых с ними никогда ничего плохого не происходило. То есть мы сажали их в одну камеру, где они сталкивались с травмирующей ситуацией, а затем перемещали в совершенно другие условия, в другую камеру, и видели, что они и ее стали бояться. Это не адаптивная память, потому что она распространяется на разные эпизоды, не связанные с изначальной травмой.

— И сколько может длиться такая тревожность у мышей?

— Мы знаем, что такое состояние может продолжаться несколько месяцев. А может ли это сохраняться на всю жизнь (мыши живут два-три года), мы пока не проверяли. Но планируем.

— Правда ли, что события, которые были подкреплены сильными эмоциями, лучше запоминаются? С чем это связано?

— Да,  в целом это так. Особенно если речь идет о негативных эмоциях: они запоминаются еще лучше. Это связано с тем, что эмоции — всегда отражение того, что нечто, происходящее в окружающей среде, для нас важно. Если в какой-то момент мы сидим безучастные, то нам, скорее всего, неважно, что происходит. Если же мы испытываем по определенному поводу некоторые ощущения, это значит, что мы вовлекаемся в такие ситуации, процессы и, конечно, запоминаем их лучше, потому что в будущем нам это может зачем-то понадобиться. Раз мы в них вовлекались, если нас что-то испугало, возможно, это стоит запомнить, потому что мы можем снова с этим столкнуться. И нам важно иметь об этом представление.

Радостные события тоже запоминаются хорошо. Если мы где-то испытали удовлетворение или счастье, в будущем можем попробовать испытать подобное ощущение еще раз, попав в аналогичную ситуацию.

— Что, на ваш взгляд, мешает построить единую теорию мозга?

— Во-первых, нам нужно еще больше эмпирических данных о мозге. Все говорят, что сейчас выходит очень много статей по нейробиологии. С одной стороны, это так, а с другой — думаю, мы еще не достигли критической массы. Это впереди. Вторая принципиальная вещь, которая нам необходима, — метаанализ всех этих данных. Вот здесь мы, ученые, на мой взгляд, отстаем. И третье: нужны люди, которые будут не ставить эксперименты, а больше анализировать эту проблему.

Кроме того, важнейший момент — возможность сотрудничества специалистов из разных областей знания, иногда, казалось бы, довольно далеких от нейронауки.

Такая конвергенция разных наук как раз реализуется в Курчатовском комплексе НБИКС-природоподобных технологий, как было задумано при его создании М.В. Ковальчуком. Это дает уникальную возможность тесно сотрудничать со специалистами разных подразделений нашего комплекса, которые занимаются совершенно другими проблемами, что позволяет продвинуться и в наших исследованиях тоже. Благодаря такому взаимодополняющему сотрудничеству в нашем институте мы можем использовать в работе самые разнообразные методы и технологии: генетически кодируемые сенсоры, вирусные конструкты, оптические технологии для визуализации активности мозга, машинное обучение и искусственные нейронные сети для анализа получаемых данных, а также методы молекулярной биологии и генетических технологий. Я уверена, что нейронаука без подобной возможности проводить исследования вместе с учеными разных областей не двигалась бы вперед настолько активно.

Название видео

 

Как мозг ориентируется в пространстве

«Заглянуть в голову» людей, пытающихся сориентироваться в виртуальном пространстве, удалось американским ученым. Исследователи составили детализированную карту мозга, демонстрирующую особенности взаимодействия его областей при ориентировании на местности.

Американские ученые под руководством Тэккери Брауна с помощью математической и экспериментальной моделей выяснили, что взаимодействие гиппокампа и префронтальной коры головного мозга позволяет людям планировать и прокладывать свой маршрут из одной точки в другую. Исследование было опубликовано в журнале Science.

Способность представлять будущее является основным аспектом целенаправленного поведения. Умение моделировать предстоящие события основывается на нейронных механизмах, лежащих в основе эпизодической и декларативной памяти. Первая система памяти — эпизодическая — хранит воспоминания о прошлом и является частью второй системы памяти — декларативной, в которой «записаны» обобщенные знания о мире. Гиппокамп — парная структура головного мозга, выполняющая функцию хранилища кратковременной памяти и последующего перевода ее в долговременную память, — содействует извлечению из эпизодической памяти информации об окружающем пространстве у людей и грызунов.

Уже доказано, что нейроны гиппокампа (их также называют нейроны места) крысы могут обрабатывать информацию о пространстве.

Эти клетки активизируются в зависимости от положения грызуна либо его головы в определенном месте. Открытие пространственных нейронов навело ученых на мысль о том, что гиппокамп отвечает за составление мысленных «карт местности» и поиск коротких путей между хорошо известными местами. Нефункционирующий гиппокамп, в свою очередь, вызывает потерю ориентации на местности, что является одним из наиболее распространенных симптомов амнезии.

В ходе последнего исследования ученые из Стэнфордского университета, Университета Сан-Хосе и Нью-Йоркского университета пользовались методикой функциональной магнитно-резонансной томографии высокого разрешения, чтобы одновременно

зафиксировать визуализированную информацию, демонстрирующую работу человеческого гиппокампа и других областей мозга.

В первый день эксперимента испытуемые учились ориентироваться в виртуальной среде, имеющей пять локаций, расположенных на окружности. Каждая локация была помечена парой фрактальных изображений.

Во второй день испытуемые должны были начать эксперимент в одной из пяти точек. Их точку обзора переместили, и с помощью только одного фрактального рисунка участники должны были спланировать кратчайший маршрут с текущей позиции к конечной цели. Параллельно активность мозга участников исследовали на томографе. Во время сканирования мозга испытуемые планировали и осуществляли по 160 перемещений между локациями, что позволило отследить и проанализировать, как нейроны головного мозга задействованы в просчитывании пути.

Исследователи также проверили, как кодирование гиппокампом информации для ее последующего запоминания связано с функциями коры головного мозга. Оказалось, что

периренальная кора кодирует сигнал о состоянии окружающей среды, а парагиппокампальная кора, примыкающая к гиппокампу, кодирует сигналы о положении тела в пространстве.

В ходе работы были получены уникальные детализированные данные о работе мозга при выстраивании маршрута: так, исследователи увидели, какие группы нейронов активируются при виде промежуточной цели, говорившей о том, что человек на верном пути, а также поняли, что происходит в мозге, когда он отличает подобные промежуточные цели от тех объектов, которых не должно быть на правильной дороге.

Ранее ученые получали и другие данные о том, как нейроны мозга участвуют в «картографировании местности». Так, специалисты из Нью-Йоркского университета обнаружили, что нейроны места активны даже во время сна. Опыт, проведенный на мышах, показал, что во время фазы медленного сна, которая является основной для закрепления декларативных воспоминаний, активность нейронов места увеличивалась в 10 раз по сравнению с фазой быстрого сна и состоянием бодрствования.

Иначе говоря, мозг всегда — даже во сне — осознает положение тела в пространстве.

Британские ученые исследовали нейроны координатной сетки (grid-нейроны — они формируют двумерную карту пространства, которая имеет вполне определенную, правильную геометрическую структуру) людей и выяснили, что они активизируются у здоровых людей, когда те представляют, что движутся в пространстве. Участникам эксперимента показывали изображение горного ландшафта, который они должны были узнать среди изображений четырех пейзажей, сделанных с разного ракурса. Нейронная активность участников в процессе идентификации ландшафта показала, что нейроны участвуют и в координации движения, и в когнитивном процессе.

Не восстановятся теперь уж никогда. Как свежее исследование поставило под сомнение реальность взрослого нейрогенеза у людей и что это может значить для науки

Пока россияне отмечали Международный женский день, редакторы ведущего научного журнала Nature готовили к публикации его очередной номер. Когда в ночь на 8 марта он вышел, наибольший интерес у биологов, да и у журналистов, в нем вызвала статья, авторы которой сделали на первый взгляд сенсационное сообщение: у взрослых людей новых нейронов в гиппокампе появляется так мало, что обнаружить их фактически не удается! Об этом факте сочли своим долгом сообщить многие СМИ. Более близкие к народу писали: «Нейроны все-таки не восстанавливаются!» Те же, кто больше симпатизирует ученым, копали чуть глубже и добавляли к своим заметкам, что в методике новой работы есть недочеты. Ну, а на самом деле, независимо от того, где скрыта истина, наша жизнь от такого крушения нейробиологических устоев не станет ни хуже, ни лучше. И вот почему.

О чем шумим?

Нейробиологи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско измеряли, с какой интенсивностью идет образование новых нейронов из клеток-предшественников в гиппокампе людей различного возраста. Такой процесс называют нейрогенезом, а если речь идет о половозрелых «подопытных», то — взрослым нейрогенезом (adult neurogenesis). Для этого ученые взяли образцы ткани гиппокампа у эмбрионов и детей до 17 лет, а также у 17 взрослых в возрасте от 18 до 77 лет. Все они были уже мертвы. Впрочем, удалось получить и срезы гиппокампа 22 живых людей (как взрослых, так и детей), которым провели операцию по удалению этой части мозга в связи с эпилепсией. Всего в работе использовали гиппокампы 59 человек.

Полученные срезы нервной ткани окрасили флуоресцирующими (светящимися) антителами, выявляющими наличие двух веществ — даблкортина (DCX) и нейральных молекул клеточной адгезии (PSA-NCAM) — маркеров незрелых нейронов. Клетка считалась вновь образованной только в том случае, если после такой окраски она флуоресцировала смесью двух цветов — от антител к обоим соединениям. Те нейроны, которые вырабатывали только один из названных маркеров, не учитывали.

Раскрашенные срезы выглядят, например, так. На снимке — срез гиппокампа мыши, на котором светятся зоны экспрессии даблкортина (рыжий). Фото: Jason Snyder / flickr / CC BY 2.0

Результаты «покраски» оказались весьма неожиданными для мира, свыкшегося с мыслью, что нервные клетки все-таки восстанавливаются. У эмбрионов и детей до года новые нервные клетки в гиппокампе активно образовывались из предшественников и созревали. После года скорость появления нейронов там существенно замедлялась. У тринадцатилетнего ребенка нейрогенез уже практически отсутствовал, а у всех, кто был еще старше, его признаков не обнаружили вовсе.

Такие данные резко расходятся с результатами, полученными другими исследовательскими коллективами ранее. Но иными методами: либо с помощью радиоактивного углерода, который может встроиться только в делящиеся молекулы ДНК, либо с использованием бромдезоксиуридина (BrdU), вещества, обладающего сходными свойствами. И хотя сравнивать результаты, полученные с помощью различных методик, нелегко, некоторые ученые, работающие в области взрослого нейрогенеза, уже высказали ряд претензий к новой статье.

Нападение и защита

Первая претензия к калифорнийцам: не надо было использовать образцы мозга от умерших людей. Наверняка за то время, пока их мозг был внутри уже безжизненного тела, маркеры делящихся клеток в нем успели повредиться или даже разложиться. Потому-то ни у одного взрослого новых нейронов в гиппокампе не нашли. Более того, в ряде случаев смерть наступила из-за инсульта или отказа мотонейронов, а следовательно, нервная ткань была повреждена.

Авторы статьи в Nature возражают: да, в случае с погибшими взрослыми отсутствие делящихся предшественников нейронов в гиппокампе можно списать на посмертные биохимические процессы. Но к результатам, полученным для эпилептиков, такое объяснение не годится. Выходит, что независимо от источника происхождения биоматериала в гиппокампе людей старше 13 лет новых нейронов так мало, что найти их не получается. С другой стороны, остается довольно спорным, насколько данные по срезам мозга людей, страдающих эпилепсией, можно перенести на вполне здоровых испытуемых.

Претензия вторая: слишком уж строгие критерии отбора новых нейронов. Может быть так, что клетка созрела уже до такой степени, что один из маркеров — DCX или PSA-NCAM — в ней прекратил образовываться. Но ведь это же не делает ее автоматически «старой»! И к тому же содержание даблкортина в новых нейронах очень сильно зависит от того, что живое существо испытало, прежде чем ткань его мозга начали анализировать на интенсивность нейрогенеза. Например, у одного вида летучих мышей это проявляется весьма ярко: всего через полчаса после поимки уровень DCX у них в гиппокампе падает до нуля из-за стресса. Был ли стресс перед операцией по удалению гиппокампа у больных эпилепсией? Почти наверняка. Испытывали ли стресс те, кто погиб от почечной недостаточности или инсульта (а такие были среди тех, у кого посмертно извлекали гиппокамп)? Вполне вероятно.

На это авторы статьи об отсутствующем нейрогенезе отвечают, что в других исследованиях взрослого нейрогенеза у людей тоже ничего не сказано про психическое состояние участников экспериментов. Поэтому такие претензии попахивают двойными стандартами.

Наконец, методы. Почему читатели новой работы должны верить, что она опровергает результаты старых исследований, если использованы в корне разные подходы? Потому, считают калифорнийцы, что их способ поиска новых нейронов в гиппокампе надежнее. Образцы ткани гиппокампа, меченные радиоактивным углеродом, могут быть загрязнены им же, только появившимся из других источников. Классическое исследование с опорой на данные о концентрации радиоуглерода в тканях человеческого мозга отталкивалось от того факта, что в середине ХХ века содержание этого элемента в экосистеме резко возросло из-за ядерных испытаний США и СССР, и таким, скорее «археологическим», методом датировало возраст нейронов в мозге людей, уже преодолевших порог юности к периоду 1955—1963-х годов. А бромдезоксиуридин к тому же помечает и умирающие от недостатка кислорода клетки, что выглядит просто злой иронией в изучении нейрогенеза. Более того, как оказалось, бромдезоксиуридин даже ускоряет гибель нейронов. И наконец, последний контраргумент: в исследованиях с использованием одного лишь даблкортина, без нейтральных молекул клеточной адгезии, уже немолодые нейроны могут быть ошибочно приняты за новые.

Слева: нейрон, окрашенный бромдезоксиуридином. Справа: тот же самый нейрон, но уже «в оптике» экспрессии даблкортина. Фото (фрагмент): Jason Snyder / flickr / CC BY 2.0

Ищем ключи под фонарем

Гиппокамп — это, безусловно, важная часть головного мозга. Он нужен и для запоминания нового, и для ориентации в пространстве. Кроме того, именно в этой структуре впервые обнаружили долговременную потенциацию — усиление и облегчение передачи сигналов между нейронами, длящееся несколько часов или даже суток — основу памяти. Гиппокамп человека хорошо изучен, потому что его нередко приходится вырезать у больных височной эпилепсией, которым лекарства уже не помогают снизить частоту и интенсивность припадков. После такой процедуры врачам волей-неволей приходится наблюдать, как удаление этой области мозга влияет на интеллект и характер пациентов.

К тому же с гиппокампом очень удобно экспериментировать на грызунах. Он у них весьма крупный, к нему легко дотянуться электродами и другими приспособлениями. Вероятно, это одна из причин, почему новые нейроны у взрослых животных ищут именно там, — это проще всего.

Однако люди далеко не грызуны, кроме гиппокампа у нас в мозге есть еще кое-что поважнее — кора больших полушарий. Она у нас развита хорошо, пожалуй лучше, чем у всех остальных млекопитающих. Именно кора обеспечивает способность говорить, думать, планировать, мастерить и творить. Кора больших полушарий относится к неокортексу, или новой коре. У примитивных млекопитающих ее, считай, и нет, а у множества грызунов, в том числе мышей и крыс, она развита слабо: косвенно об этом можно судить по числу извилин, которые у этих животных почти отсутствуют. А гиппокамп — это и вовсе древняя кора, самая старая и самая примитивная из существующих. Он есть и у рептилий.

Большие полушария головного мозга мыши (в правой части рисунка) практически не имеют извилин, зато гиппокамп (зеленая петля с розовым крючком в ней, чуть выше центра рисунка) крупная и находится недалеко от поверхности. Фото: NICHD/I. Williams / flickr / CC BY 2.0

Логично предположить, что чем более продвинуто в плане строения нервной системы животное, тем меньшую роль в его деятельности играет гиппокамп и тем большую — новая кора. Раз так, то смысла обновлять клетки древней коры становится меньше, а добавлять нейроны к коре больших полушарий, наоборот, выгоднее (и у людей это, кстати, происходит). Зачем менять ручку двери ванной, если в квартире обваливается потолок?

Мозги различных видов млекопитающих вполне следуют этой логике. У кошек, кроликов и морских свинок незрелые нейроны находят далеко не только в гиппокампе, но и в новой коре, а вот у крыс и мышей большие полушария не обновляются: видимо, размер этих животных маловат. А у дельфинов — животных еще более крупных, дольше живущих, а главное, умных — ко всему прочему скорость взрослого нейрогенеза в гиппокампе с возрастом падает практически до нуля. Люди, как можно заметить, во многом умнее дельфинов, да и не всегда сильно мельче. Так что сильно удивляться отсутствию нейрогенеза в гиппокампе взрослых Homo sapiens нелогично.

Но эксперименты на людях ставить нельзя. Им можно только делать операции, в ходе которых часть тканей головного мозга удаляется. Значит, для детального изучения нейрогенеза у взрослых нужны какие-то другие крупные млекопитающие. Дельфины подошли бы, но есть две проблемы. Во-первых, они живут в воде и в неволе содержать их трудно. Во-вторых, комитеты по биоэтике постоянно сужают круг допустимых манипуляций над ними: обижать умных считается делом нехорошим. С обезьянами та же беда: они слишком похожи на нас, и каждый год приматологи находят новые черты их интеллектуального сходства с нами, так что эксперименты на приматах тоже постепенно сворачивают. Поэтому авторы статьи, вышедшей в конце января в The Journal of Neuroscience, на роль объекта изучения выбрали овец. Они и крупные, и живут долго (в неволе до 30 лет, как и макаки), и извилин у них гораздо больше, чем у грызунов (то есть площадь новой коры настолько велика, что она умещается в череп, лишь если ее несколько раз сложить). А значит, овцы по строению и ходу развития головного мозга почти наверняка ближе к человеку, чем мыши и крысы. Ученые сделали срезы головного мозга новорожденных и подросших ягнят, а также половозрелых особей. Проверив их на содержание все того же даблкортина, биологи выяснили, где какие клетки появляются у животных этого вида.

Мозг овцы. Фото (в цвете): Shannan Muskopf / flickr / CC BY-NC 2.0

И что же оказалось? У мелкого рогатого скота в коре больших полушарий, а также в подкорковых структурах делящихся предшественников нервных клеток нет. Повод расстраиваться? Отнюдь. Ведь зато там есть нейроны, появившиеся еще в ходе эмбрионального развития и сохранившие множество структурных и биохимических признаков незрелых нервных клеток. Что самое интересное, их число с возрастом не падает!

Какую функцию эти «незрелые» нейроны выполняют, пока не понятно. Но важно то, что у овец они присутствуют в тех областях мозга, что у человека отвечают за мышление (кора больших полушарий), сознание (подкорковая структура под названием ограда, или клауструм) и эмоции (амигдала). Так что есть весомые основания полагать, что для умных, крупных и долгоживущих млекопитающих, в том числе и нас с вами, гораздо важнее и нужнее «незрелые» нейроны в «продвинутых» регионах мозга, а не образование новых клеток в древнем гиппокампе.

Научные войны

Времена, когда богатые лорды жили за счет своих имений и занимались наукой на досуге, давно прошли. Теперь практически в любой стране, где ведутся научные исследования, на них действуют законы рынка. Современные ученые — такие же работники, как и обитатели офисов или операторы токарных станков. Они должны выдать определенный результат (научную статью, а лучше много, да в престижных журналах) за заданный промежуток времени (срок действия гранта). От прочих работников они отличаются лишь тем, что деньги — то есть гранты — за труд им дают еще до выполнения поставленных задач, авансом. Но чтобы этот аванс получить, нужно обосновать значимость своей работы для общества. А зачем обществу биологические исследования? Разве что для медицинских целей. Вот и пишут ученые в заявках на гранты: «Найдем предшественники нейронов в гиппокампе или еще где-то, и если найдем, то будем их вводить в мозги больных Альцгеймером или инсультом, у них появятся новые нервные клетки, работа мозга восстановится, и все заживут счастливо»…

Подобные заявления, как правило, в момент их написания имеют крайне незначительное отношение к реальности. До сих пор введение предшественников нервных клеток в мозг больных инсультом, паркинсонизмом и другими неврологическими заболеваниями ни разу не дало статистически значимых результатов. Да, испытуемым не становилось хуже, но и улучшений заметно не было, а ведь исследования ведутся уже не одно десятилетие.

Так что не важно, кто прав, а кто ошибся в вопросе реальности нейрогенеза у взрослых людей — авторы новой статьи или их коллеги (взгляните на число публикаций об исследованиях нейрогенеза у человека, составленном канадским нейробиологом Джейсоном Снайдером, который еще и написал синопсис обсуждаемой статьи в Nature). На нашем веку в медицине от этого ничего не изменится. Однако если для вас важнее получение нового знания как такового, а его практическая польза или светлое будущее человечества вас волнуют куда слабее, то такой расклад смущать не должен. Наличие двух противоположных точек зрения, подкрепленных эмпирическими свидетельствами, говорит о крайне плодотворной ситуации, которая неизбежно в скором времени создаст прорыв в нашем понимании развития и функционирования нервной системы.

 Светлана Ястребова

Память: как мозг конструирует сны

Наши самые яркие сны — замечательное воспроизведение реальности, объединяющее разрозненные объекты, действия и восприятия в богато детализированный галлюцинаторный опыт. Как наш мозг достигает этого? Давно предполагалось, что гиппокамп участвует в сновидениях, отчасти из-за его тесной связи с памятью: согласно одной оценке, около половины всех сновидений содержат по крайней мере один элемент, происходящий из определенного опыта во время бодрствования субъекта (Fosse et al. др., 2003). Хотя эти сны редко являются точным воспроизведением какого-либо одного воспоминания, фрагменты различных недавних переживаний смешиваются с другими воспоминаниями (обычно связанными отдаленными и семантическими воспоминаниями), создавая новый сон. Учитывая все это, можно предположить, что сны создаются теми участками мозга, которые отвечают за память. Однако исследования, проведенные еще в 1960-х годах, показали, что пациенты с поврежденным гиппокампом все еще видят сны (Torda, 1969a; Torda, 1969b; Solms, 2014), и, что несколько удивительно, такие пациенты могут видеть сны, связанные с недавними переживаниями, которые они не осознают. памяти (Stickgold et al., 2000)!

Но действительно ли «нормальны» сны пациентов с поражением гиппокампа? Или, наоборот, может ли такое повреждение, не препятствуя сновидениям, изменить форму, в которой они выражаются? Действительно, есть основания полагать, что гиппокамп поддерживает важнейшие аспекты построения сновидений, помимо простого включения воспоминаний. Недавняя работа в области когнитивной нейробиологии установила, что гиппокамп, помимо участия в формировании воспоминаний, также является частью системы мозга, которая участвует в использовании памяти для создания новых воображаемых сценариев и моделирования возможных будущих событий (Hassabis et al. ., 2007; Хассабис и Магуайр, 2009 г.; Шактер и Аддис, 2007 г.). В результате пациентам без гиппокампа трудно представить связные сцены, возможно, потому, что гиппокамп отвечает за объединение различных элементов памяти в пространственно связное целое.

Теперь, в eLife, Элеонора Магуайр из Университетского колледжа Лондона (UCL) и ее коллеги, в том числе Гоффредина Спано в качестве первого автора, сообщают, что сны четырех пациентов с амнезией, у которых отсутствует система памяти гиппокампа, не имеют того богатства деталей, которое можно найти в большинстве снов ( Спано и др., 2020). Четыре пациента с амнезией сообщали не только о значительно меньшем количестве снов, чем пациенты из контрольной группы, но и о снах, которые были заметно менее подробными: их сны содержали меньше деталей пространственного положения (например, таких описаний, как «за барной стойкой» или «слева от меня»). я вижу») и меньше сенсорных деталей. Эти наблюдения подтверждают появившееся мнение о том, что сны генерируются сетями в мозгу, аналогичными сетям, участвующим в вызове воспоминаний и создании воображаемых сценариев во время бодрствования (Fox et al., 2013; Гравелин и Вамсли, 2015). Подобно памяти и воображению, яркий сон требует построения подробных воображаемых сцен на основе памяти, и этот процесс, по-видимому, зависит от гиппокампа.

Эти наблюдения частично перекликаются с сообщениями Клары Торда более полувека назад, которая характеризовала сны пациентов с амнезией как «более короткие», «простые», «повторяющиеся» и «стереотипные» (Torda, 1969a). Но работы Торды были написаны до изобретения неинвазивных методов визуализации мозга, поэтому до конца не ясно, какие структуры могли быть повреждены у ее пациентов.Напротив, пациенты в работе Spano et al. все имеют хорошо охарактеризованные участки поражения с повреждением, ограниченным исключительно гиппокампом. Это позволяет нам с уверенностью приписать их скудные сны потере самого гиппокампа, а не других областей близлежащих височных долей, которые также могут играть роль в сновидениях.

Как и во многих исследованиях редких неврологических пациентов, последние работы следует интерпретировать с осторожностью из-за небольшого размера выборки. Например, сны пациентов не были значительно короче, чем сны контрольной группы, что приводило к явно выборочному дефициту сообщаемых определенных типов деталей (таких как пространственные детали и сенсорные детали), а не к общему дефициту продолжительности сна.Однако в среднем контрольные сны содержали более чем в два раза больше информативных слов, чем сны пациента, и отсутствие статистической разницы между двумя группами может быть простым артефактом небольшого размера выборки.

Тем не менее, эти наблюдения и несколько подобных исследований помогают нам понять, как гиппокамп участвует в процессе сновидений. Работа Spano et al. — которые работают в UCL, Королевской бесплатной больнице в Лондоне, университетской больнице Бонна и университетах Аризоны и Оксфорда — предполагают, что повреждение гиппокампа нарушает сновидения таким же образом, как и воображение.Это говорит о том, что сновидение не является совершенно отдельным явлением, а является частью континуума спонтанных, конструктивных мыслей и образов, непрерывно генерируемых в состояниях сна и бодрствования.

Ученые достигли крупного прорыва в распутывании тайн мозга — ScienceDaily

Исследовательская группа под руководством Лам Ву, профессора биомедицинской инженерии Эда X. Ву с факультета электротехники и электронной инженерии Гонконгского университета, совершила крупный прорыв в раскрывая тайны мозга, раскрывая функции важной области, гиппокампа, ранее не известной ученым.

Результаты недавно были опубликованы в международном академическом журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) в августе 2017 года.

Гиппокамп, расположенный под корой, играет важную роль в памяти и навигации. Было доказано, что болезнь Альцгеймера и другие формы деменции поражают и повреждают эту область мозга, что приводит к ранним симптомам, включая кратковременную потерю памяти и дезориентацию.Люди с повреждением гиппокампа могут потерять способность формировать и сохранять новые воспоминания. Он также тесно связан с другими заболеваниями, такими как эпилепсия, шизофрения, транзиторная глобальная амнезия и посттравматическое стрессовое расстройство.

Однако роль гиппокампа в сложных мозговых сетях, особенно его влияние на функциональную связность всего мозга, не совсем понятна учеными. Функциональная связность относится к функциональной интеграции между пространственно разделенными областями мозга.

Эксперименты на грызунах, проведенные доктором Расселом В. Ченом, доктором Алексом Т.Л. Леонгом и другими под руководством профессора Ву, показали, что низкочастотная активность в гиппокампе может управлять функциональной связью в коре головного мозга и усиливать сенсорные реакции. Кора головного мозга является самой большой областью мозга млекопитающих и играет ключевую роль в памяти, внимании, восприятии, познании, осознании, мышлении, языке и сознании. Другими словами, низкочастотная активность гиппокампа может управлять функциональной интеграцией между различными областями коры головного мозга и усиливать реакцию зрения, слуха и осязания.Эти результаты показали, что гиппокамп можно считать сердцем мозга, что является прорывом в наших знаниях о том, как работает мозг.

Кроме того, эти результаты также предполагают, что низкочастотная активность в гиппокампе может улучшать обучение и память, поскольку низкочастотная активность обычно возникает во время медленного сна, связанного с обучением и памятью. Медленноволновой сон, часто называемый глубоким сном, — это состояние, в которое мы обычно входим несколько раз за ночь и которое необходимо для выживания.Болезнь Альцгеймера — это хроническое нейродегенеративное заболевание, которое обычно начинается медленно и со временем ухудшается, а наиболее распространенным ранним симптомом является потеря памяти. Эти результаты могут также иметь потенциальное терапевтическое значение нейромодуляции гиппокампа при болезни Альцгеймера.

Эти текущие результаты являются важным шагом в продвижении нашего фундаментального понимания происхождения и роли функциональной связи всего мозга. Эти результаты также свидетельствуют о возможностях rsfMRI и нейромодуляции для ранней диагностики и улучшения лечения заболеваний головного мозга, включая болезнь Альцгеймера, деменцию, эпилепсию, шизофрению, транзиторную глобальную амнезию и посттравматическое стрессовое расстройство.

Команда профессора Ву является одной из ведущих мировых групп в области исследований функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), особенно в области изучения слуховых и зрительных функций, а также структурных и функциональных связей мозга. Передовые технологии, которые они используют, включают использование оптогенетической активации, фармакологической инактивации и фМРТ, которые служат важным инструментом для исследования динамики, лежащей в основе распространения активности мозга, а также происхождения и роли функциональной связи мозга.

Их более раннее открытие о том, что таламус, еще одна область, соединяющаяся с корой, является не просто реле или пассивной областью мозга, как первоначально предполагалось, но может инициировать общемозговые нейронные взаимодействия на разных частотах, было опубликовано в выпуске за декабрь 2016 года. ПНАС .

Человеческий мозг является источником наших мыслей, эмоций, восприятий, действий и воспоминаний. Однако то, как на самом деле работает мозг, остается в значительной степени неизвестным. Одной из главных задач нейробиологии в 21 веке является достижение комплексного понимания крупномасштабных взаимодействий в масштабах всего мозга, особенно паттернов нейронной активности, которые приводят к функциям и поведению.В 2010 году Национальный институт здравоохранения (NIH) в США запустил проект Human Connectome Project, целью которого является «обеспечить беспрецедентную компиляцию нейронных данных, интерфейс для графической навигации по этим данным и возможность делать никогда ранее не сделанные выводы о живых существах». человеческий мозг.» В 2013 году администрация Обамы в США запустила инициативу BRAIN, чтобы «ускорить разработку и применение новых технологий, которые позволят исследователям создавать динамические изображения мозга, показывающие, как отдельные клетки мозга и сложные нейронные цепи взаимодействуют со скоростью мысли». .В ноябре 2016 года Китай запустил собственную инициативу «Китайский мозговой проект», целью которой является продвижение фундаментальных исследований механизмов нейронных цепей, лежащих в основе когнитивных функций, в надежде улучшить диагностику/вмешательство при заболеваниях головного мозга и вдохновить на разработку технологии мозгового машинного интеллекта.

Основные результаты исследований

Основываясь на современных знаниях, можно ожидать, что гиппокамп преимущественно генерирует высокочастотную активность, и эта активность в основном ограничивается гиппокампом.Однако в этом исследовании низкочастотное оптогенетическое возбуждение дорсальной зубчатой ​​извилины, субрегиона гиппокампа, вызывало корковую и подкорковую активность, выходящую за пределы гиппокампа. Кроме того, эта низкочастотная стимуляция усиливала функциональную связь всего мозга в двустороннем гиппокампе, зрительной коре, слуховой коре и соматосенсорной коре. Между тем, фармакологическая инактивация гиппокампа снижала функциональную связность всего мозга. Кроме того, во время и после такой низкочастотной стимуляции гиппокампа также усиливались зрительно вызванные ответы в зрительных областях.Вместе эти экспериментальные результаты подчеркивают роль низкочастотной активности, распространяющейся по гиппокампально-кортикальному пути, особенно ее вклад в функциональную связь всего мозга и усиление сенсорных функций.

Человеческий мозг составляет всего 2% от общей массы тела, однако он потребляет около 20% общей потребности организма в энергии. Несмотря на свою важность, это один из наименее изученных органов тела. Выводы исследовательской группы продвинули наше фундаментальное понимание происхождения и роли функциональной связи всего мозга.

Оптогенетическая и фармакологическая функциональная магнитно-резонансная томография

Новая комплексная методика, принятая группой профессора Ву, состоит из оптогенетики, фармакологической нейромодуляции и функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Оптогенетика — это метод нейромодуляции, в котором используется комбинация методов оптики и генетики для контроля активности отдельных нейронов в живых тканях. Фармакологическая нейромодуляция использует лекарства для управления активностью нейронов.фМРТ — это неинвазивный метод визуализации с большим обзором для обнаружения активаций всего мозга. Исследователи могут использовать фМРТ для визуализации активности всего мозга в ответ на различные оптогенетические стимуляции и фармакологические манипуляции. Синергетическая комбинация трех технологий обладает огромным потенциалом, чтобы вызвать новую эру междисциплинарных исследований, чтобы улучшить наше понимание мозга.

нейробиологов определили мозговую цепь, необходимую для формирования памяти | Новости Массачусетского технологического института

Когда мы навещаем друга или идем на пляж, наш мозг сохраняет краткосрочную память об опыте в части мозга, называемой гиппокампом.Эти воспоминания позже «консолидируются», то есть переносятся в другую часть мозга для более длительного хранения.

Новое исследование нейронных цепей, лежащих в основе этого процесса, проведенное Массачусетским технологическим институтом, впервые показывает, что воспоминания на самом деле формируются одновременно в гиппокампе и в месте долговременного хранения в коре головного мозга. Однако долговременные воспоминания остаются «молчаливыми» около двух недель, прежде чем достигают зрелого состояния.

«Этот и другие открытия в этой статье обеспечивают всеобъемлющий механизм цепи для консолидации памяти», — говорит Сусуму Тонегава, профессор биологии и неврологии Пикауэра, директор Центра генетики нейронных цепей RIKEN-MIT в Институте Пиковера. Обучение и память, а также старший автор исследования.

Результаты, опубликованные в журнале Science от 6 апреля, могут потребовать некоторого пересмотра доминирующих моделей того, как происходит консолидация памяти, говорят исследователи.

Ведущими авторами статьи являются ученый-исследователь Такаси Китамура, постдокторант Сачи Огава и аспирант Дирадж Рой. Другими авторами являются постдоки Терухиро Окуяма и Марк Моррисси, технический сотрудник Лилиан Смит и бывший постдок Роджер Редондо.

Долгосрочное хранение

Начиная с 1950-х годов, исследования известного пациента с амнезией Генри Молисона, тогда известного как Пациент Х.М., показал, что гиппокамп необходим для формирования новых долговременных воспоминаний. Молисон, чей гиппокамп был поврежден во время операции, призванной помочь контролировать его эпилептические припадки, больше не мог хранить новые воспоминания после операции. Однако он все еще мог получить доступ к некоторым воспоминаниям, которые были сформированы до операции.

Это предполагает, что долгосрочные эпизодические воспоминания (воспоминания о конкретных событиях) хранятся вне гиппокампа. Ученые считают, что эти воспоминания хранятся в неокортексе, части мозга, которая также отвечает за когнитивные функции, такие как внимание и планирование.

Нейробиологи разработали две основные модели для описания того, как воспоминания переносятся из кратковременной памяти в долговременную. Самая ранняя из них, известная как стандартная модель, предполагает, что краткосрочные воспоминания изначально формируются и хранятся только в гиппокампе, а затем постепенно передаются в долговременное хранилище в неокортексе и исчезают из гиппокампа.

Более поздняя модель, модель множественных следов, предполагает, что следы эпизодических воспоминаний остаются в гиппокампе.Эти следы могут хранить детали памяти, в то время как более общие контуры хранятся в неокортексе.

До недавнего времени не было хорошего способа проверить эти теории. Большинство предыдущих исследований памяти были основаны на анализе того, как повреждение определенных областей мозга влияет на воспоминания. Однако в 2012 году лаборатория Тонегавы разработала способ маркировки клеток, называемых клетками энграмм, которые содержат определенные воспоминания. Это позволяет исследователям отслеживать схемы, участвующие в хранении и извлечении памяти.Они также могут искусственно реактивировать воспоминания с помощью оптогенетики — метода, который позволяет им включать или выключать клетки-мишени с помощью света.

В новом исследовании Science исследователи использовали этот подход для маркировки клеток памяти у мышей во время события, вызывающего страх, то есть мягкого электрического удара, наносимого, когда мышь находится в определенной камере. Затем они могли использовать свет для искусственной реактивации этих клеток памяти в разное время и посмотреть, вызывает ли эта реактивация поведенческую реакцию у мышей (замирание на месте).Исследователи также смогли определить, какие клетки памяти были активны, когда мышей поместили в камеру, где происходило обусловливание страха, что побуждало их естественным образом вспоминать воспоминания.

Исследователи пометили клетки памяти в трех частях мозга: гиппокампе, префронтальной коре и базолатеральной миндалине, которая хранит эмоциональные ассоциации воспоминаний.

Всего через день после события, вызывающего страх, исследователи обнаружили, что воспоминания об этом событии хранятся в клетках инграмм как в гиппокампе, так и в префронтальной коре.Однако инграммные клетки в префронтальной коре были «молчаливыми» — они могли стимулировать замирание при искусственной активации светом, но не срабатывали во время естественного воспроизведения памяти.

«Префронтальная кора уже содержала определенную информацию о памяти, — говорит Китамура. «Это противоречит стандартной теории консолидации памяти, согласно которой воспоминания передаются постепенно. Память уже есть».

В течение следующих двух недель молчащие клетки памяти в префронтальной коре постепенно созревали, что отражалось в изменениях их анатомии и физиологической активности, пока клетки не стали необходимы животным для естественного воспоминания события.К концу того же периода инграммные клетки гиппокампа замолчали и больше не были нужны для естественного воспроизведения. Однако следы памяти остались: реактивация этих клеток светом все еще вызывала у животных замирание.

В базолатеральной миндалине после формирования воспоминаний клетки энграммы оставались неизменными на протяжении всего эксперимента. Те клетки, которые необходимы для того, чтобы вызвать эмоции, связанные с определенными воспоминаниями, взаимодействуют с инграммными клетками как в гиппокампе, так и в префронтальной коре.

Пересмотр теории

Полученные данные свидетельствуют о том, что традиционные теории консолидации могут быть неточными, поскольку воспоминания формируются быстро и одновременно в префронтальной коре и гиппокампе в день тренировки.

«Они формируются параллельно, но потом идут разными путями. Префронтальная кора становится сильнее, а гиппокамп — слабее», — говорит Моррисси.

«Эта статья ясно показывает, что с самого начала инграммы формируются в префронтальной коре», — говорит Пол Франкленд, главный исследователь лаборатории нейробиологии в больнице для больных детей в Торонто, не участвовавший в исследовании. .«Это ставит под сомнение представление о том, что след памяти перемещается из гиппокампа в кору, и указывает на то, что эти цепи задействуются вместе в одно и то же время. По мере старения воспоминаний происходит сдвиг в балансе того, какая цепь задействована при воспроизведении воспоминаний».

Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, исчезают ли воспоминания из клеток гиппокампа полностью или остаются какие-то следы. Прямо сейчас исследователи могут наблюдать за клетками энграмм только около двух недель, но они работают над адаптацией своей технологии для работы в течение более длительного периода.

Китамура говорит, что, по его мнению, некоторые следы памяти могут оставаться в гиппокампе на неопределенный срок, сохраняя детали, которые извлекаются лишь изредка. «Чтобы различить два похожих эпизода, эта безмолвная инграмма может повторно активироваться, и люди могут восстановить подробную эпизодическую память даже в очень отдаленные моменты времени», — говорит он.

Исследователи также планируют продолжить изучение того, как происходит процесс созревания инграмм префронтальной коры. Это исследование уже показало, что связь между префронтальной корой и гиппокампом имеет решающее значение, потому что блокирование цепи, соединяющей эти две области, препятствует правильному созреванию корковых клеток памяти.

Исследование финансировалось Институтом изучения мозга RIKEN, Медицинским институтом Говарда Хьюза и Фондом JPB.

Гиппокамп мозга помогает заполнить языковые пробелы

Новое исследование показывает, что, когда вы заканчиваете предложения вашего супруга или отвечаете на вопрос, заполняющий пробел, вы задействуете ретрансляционную станцию ​​мозга для воспоминаний, область, которой до сих пор в значительной степени пренебрегали ученые, изучающие язык.

Поперечное сечение головного мозга с аквамариновым гиппокампом в каждом полушарии.Электрод глубины проникает в гиппокамп через латеральную часть височной доли и контактирует в шести точках, обозначенных цветными кружками. Тета-активность, исходящая из гиппокампа, сильнее и, следовательно, более синхронизирована для предложений с ограничениями (верхняя волна), в отличие от предложений без ограничений (внизу). (Изображение Витории Магальяйнс Пиай)

Кажется очевидным, что речь и понимание языка основаны на нашей памяти — слов, контекста, людей и т. д. — но психологи обычно изучали язык и память как отдельные функции мозга, по существу игнорируя любую взаимосвязь.

Новый эксперимент, проведенный психологами Калифорнийского университета в Беркли, показывает, что память и язык на самом деле глубоко связаны через гиппокамп, который играет ключевую роль в ассоциациях памяти.

Гиппокамп, расположенный в центре мозга, действует как маршрутизатор, связывая связанные воспоминания — цвет, форму, ощущение, запах и вкус апельсина, например, — чтобы мы могли создавать ассоциации. Исследователи говорят, что новая роль области мозга в связывании входящих слов с сохраненными семантическими знаниями необходима для понимания и создания смысла предложения.

Интересно, что исследователи недавно сообщили о пациентах с повреждением гиппокампа, у которых были именно те симптомы, которые можно было бы ожидать, если бы гиппокамп был вовлечен в языковые ассоциации: проблемы, связанные со значениями слов друг с другом и извлечением контекстуальной информации из предложений и дискурса.

«Связь между языком и гиппокампом может быть объяснением некоторых речевых дефицитов, которые мы наблюдаем у пациентов, у которых нет повреждений речевых областей мозга», — сказала бывший постдокторант Калифорнийского университета в Беркли Витория Пиай, ныне старший научный сотрудник Университета Радбауд в Неймегене, Нидерланды.«Я думаю, что как только мы начнем изучать язык так, как это происходит в реальной жизни, мы обнаружим, что гиппокамп делает для языка больше, чем мы думали раньше».

Внутричерепные записи

Исследователи записали активность нейронов с помощью электродов, вставленных в гиппокамп 12 человек, когда они услышали предложения, заполняющие пробелы, с очевидным ответом: «Он подмел пол ________», например. У большинства испытуемых гиппокамп демонстрировал высокосинхронизированную активность, когда они выбирали правильный ответ, слушая предложения, но до того, как показывалось изображение ответа, что является признаком того, что эта область устанавливала ассоциации по всему мозгу, чтобы придумать ответ. правильное слово: в данном случае метла.

По словам Пиаи, глубинная запись мозга фиксирует возбуждение нейронов миллисекунда за миллисекундой, точно показывая, как мозг взаимодействует с языком в режиме реального времени. Языковые исследования чаще всего используют функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ), которая измеряет поток кислорода в мозге — медленный процесс, который не позволяет исследователям измерять действия, происходящие за доли секунды.

«Исследования с помощью фМРТ показывают, где вещи могут быть связаны, но не говорят вам, как мозг объединяет эти вещи», — сказал Пиай.«Я думаю, что вы сможете ответить на вопрос «как» только после того, как начнете использовать электрофизиологию, которая имеет более прямое отношение к нейронной активности в сигнале, чем деоксигенированная кровь. Этот эксперимент настолько захватывающий из-за возможности того, что мы начнем понимать язык и память более комплексно, начнем исследовать их так, как они есть на самом деле».

Исследование, проведенное в соавторстве с Робертом Найтом, профессором психологии Калифорнийского университета в Беркли и бывшим главой Института неврологии Хелен Уиллс, было опубликовано в сентябре.19 в раннем онлайн-издании журнала Proceedings of the National Academy of Sciences .

Язык и память

«Язык — это то, что классически рассматривалось как развивающееся и происходящее в коре головного мозга, поэтому у нас есть язык, а у крыс его нет», — сказал Найт. «Несмотря на то, что хорошо известно, что область гиппокампа медиальной части височной доли связана с пространственной и вербальной памятью у людей, эти два поля были подобны кораблям, бегущим в тумане, не подозревая, что другой корабль находится там.

В новом исследовании, проведенном у пациентов с эпилепсией, проходящих исследования внутричерепных электродов в Медицинском центре Калифорнийского университета в Ирвине и Медицинском центре Стэнфордского университета, чтобы найти источник их аномальной мозговой активности, Пиай воспользовался хорошо известным поведенческим эффектом, чтобы изучить участие гиппокамп в языке. Она регистрируется только с неэпилептического полушария головного мозга.

Предыдущие языковые исследования показали, что люди быстрее заполняют пропуски, когда в предложении есть только один очевидный ответ — например, «Она заперла дверь ________», — чем когда предложение имеет много возможных ответов, таких как «Она пришел сюда с ________.В новом исследовании испытуемые слышали шестисложные предложения, за которыми следовала пауза, а затем краткая вспышка изображения ответа. Испытуемых просили назвать картинку.

У 10 из 12 испытуемых только ограниченные предложения — те, что с одним очевидным ответом — вызвали всплеск синхронизированных тета-волн в гиппокампе, активность, характерную для гиппокампа, когда он создает ассоциацию памяти.

«Витория показала, что, когда вы записываете непосредственно из области гиппокампа человека, по мере того, как предложение становится более ограничивающим, гиппокамп становится более активным, в основном предсказывая, что произойдет», — сказал Найт.«Гиппокамп начал наращивать ритмическую тета-активность, связанную с доступом к памяти и ее обработкой».

На протяжении многих лет Найт и другие изучали мозговую активность с помощью электродов на поверхности мозга, так называемой электрокортиокографии, или вживляемых в мозг, называемых внутричерепной записью, и показали, что нейроны памяти вибрируют с частотой от 1 до 80 циклов в секунду. Однако нейроны, представляющие связанные воспоминания, вибрируют с «тета»-ритмом в диапазоне 4-8 циклов в секунду.

Одна из теорий состоит в том, что когда один из этих связанных нейронов срабатывает, все те, которые вибрируют с одной и той же частотой, срабатывают одновременно, вызывая у нас воспоминания о связанных воспоминаниях. Запах апельсина вызывает в уме картину, вкус и запах апельсина, а также любые положительные или отрицательные эмоции, связанные с апельсинами.

Точно так же ограниченное предложение будет постепенно создавать синхронизированные вибрации среди связанных воспоминаний. Для предложения «Он подмел пол ________», «подметал» и «пол» вызывают синхронизированные вибрации в разных наборах нейронов, кодирующих связанные воспоминания, накладываясь на единственное слово, тесно связанное с обоими: «метла».

Пиай подозревает, что когда мы слышим непринужденные предложения, слова не вызывают никаких связанных или перекрывающихся ассоциаций.

Новые результаты могут открыть совершенно новую область исследований с внутричерепными записями для изучения деталей связи между языком и памятью, сказал Найт.

«Это исследование показывает, что память способствует эволюции предложения во времени; это часть нашей языковой системы, работающая в режиме реального времени, а не раб языковой системы», — сказал он.

Другими соавторами являются Кристофер Андерсон и Каллум Дьюар из Калифорнийского университета в Беркли, неврологи Джек Лин из Медицинского центра Калифорнийского университета в Ирвине и Джозеф Парвизи из Медицинского центра Стэнфордского университета, а также нейропсихолог Нина Дронкерс из Калифорнийского университета в Дэвисе и госпиталя Управления по делам ветеранов в Мартинесе.

Исследование проводится при поддержке Нидерландской организации научных исследований, Национальных институтов здравоохранения, Программы клинических исследований и разработок Министерства по делам ветеранов США, Стэнфордской программы NeuroVentures, Национального института неврологических расстройств и инсульта, Национального научного фонда и корпорации Nielsen.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ  

частей мозга, связанных с памятью

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните функции мозга, связанные с памятью
  • Распознать роль гиппокампа, миндалевидного тела и мозжечка

 

Воспоминания хранятся только в одной части мозга или во многих разных частях мозга? Карл Лэшли начал исследовать эту проблему около 100 лет назад, делая повреждения в мозге животных, таких как крысы и обезьяны.Он искал доказательства инграммы: группы нейронов, которые служат «физическим представлением памяти» (Josselyn, 2010). Сначала Лешли (1950) обучал крыс находить дорогу в лабиринте. Затем он использовал доступные в то время инструменты — в данном случае паяльник — для создания повреждений в мозге крыс, особенно в коре головного мозга. Он сделал это, потому что пытался стереть инграмму или первоначальный след памяти крыс о лабиринте.

Лэшли не нашел следов инграммы, и крысы все еще могли найти дорогу в лабиринте, независимо от размера или местоположения поражения.Основываясь на созданных им повреждениях и реакции животных, он сформулировал гипотезу эквипотенциальности: если часть одной области мозга, отвечающая за память, повреждена, другая часть той же области может взять на себя эту функцию памяти (Lashley, 1950). Хотя ранние работы Лэшли не подтверждали существование инграммы, современные психологи добиваются успехов в ее обнаружении. Эрик Кандел, например, потратил десятилетия на изучение синапсов, базовой структуры мозга и их роли в управлении потоком информации через нейронные цепи, необходимые для хранения воспоминаний (Mayford, Siegelbaum, & Kandel, 2012).

Многие ученые считают, что памятью занимается весь мозг. Однако после исследования Лэшли другие ученые смогли более внимательно изучить мозг и память. Они утверждали, что память находится в определенных частях мозга, и определенные нейроны можно распознать по их участию в формировании воспоминаний. Основными частями мозга, связанными с памятью, являются миндалевидное тело, гиппокамп, мозжечок и префронтальная кора ([ссылка]).

Миндалевидное тело участвует в воспоминании о страхе и страхе.Гиппокамп связан с декларативной и эпизодической памятью, а также памятью узнавания. Мозжечок играет роль в обработке процедурных воспоминаний, таких как игра на пианино. Префронтальная кора, по-видимому, участвует в запоминании семантических задач.

АМИГДАЛА

Во-первых, давайте рассмотрим роль миндалевидного тела в формировании памяти. Основная задача миндалевидного тела — регулировать такие эмоции, как страх и агрессия ([ссылка]). Миндалевидное тело играет роль в том, как хранятся воспоминания, потому что на хранение влияют гормоны стресса.Например, один исследователь экспериментировал с крысами и реакцией страха (Josselyn, 2010). Используя условное обозначение Павлова, нейтральный тон сочетался с ударами по ногам крыс. Это вызывало у крыс память о страхе. После подготовки каждый раз, когда они слышали тон, они замирали (защитная реакция у крыс), что указывает на воспоминание о надвигающемся шоке. Затем исследователи вызвали гибель клеток в нейронах латеральной миндалины, которая является особой областью мозга, ответственной за воспоминания о страхе.Они обнаружили, что память о страхе угасла (вымерла). Из-за своей роли в обработке эмоциональной информации миндалевидное тело также участвует в консолидации памяти: процессе переноса новых знаний в долговременную память. Миндалевидное тело, кажется, способствует кодированию воспоминаний на более глубоком уровне, когда событие эмоционально возбуждает.

 

Ссылка на обучение

В этом выступлении на TED под названием «Мышь. Лазерный луч. Манипулируемая память», Стив Рамирес и Сюй Лю из Массачусетского технологического института рассказывают об использовании лазерных лучей для манипулирования памятью о страхе у крыс.Узнайте, почему их работа вызвала ажиотаж в СМИ после публикации в Science .

ГИППОКАМП

Другая группа исследователей также экспериментировала с крысами, чтобы узнать, как гиппокамп функционирует при обработке памяти ([ссылка]). Они создали повреждения в гиппокампе крыс и обнаружили, что крысы демонстрировали ухудшение памяти при выполнении различных задач, таких как распознавание объектов и бег по лабиринту. Они пришли к выводу, что гиппокамп участвует в памяти, в частности, в нормальной памяти распознавания, а также в пространственной памяти (когда задачи на память похожи на тесты на припоминание) (Clark, Zola, & Squire, 2000).Другая задача гиппокампа — проецировать информацию в области коры, которые придают воспоминаниям смысл и связывают их с другими связанными воспоминаниями. Он также играет роль в консолидации памяти: процессе переноса нового обучения в долговременную память.

Повреждение этой области лишает нас возможности обрабатывать новые декларативные воспоминания. Одному известному пациенту, известному в течение многих лет только как HM, удалили левую и правую височные доли (гиппокампы) в попытке контролировать приступы, от которых он страдал в течение многих лет (Corkin, Amaral, Gonzalez, Johnson, & Hyman, 1997).В результате у него значительно пострадала декларативная память, и он не смог сформировать новые смысловые знания. Он потерял способность формировать новые воспоминания, но все еще мог помнить информацию и события, которые произошли до операции.

 

Ссылка на обучение

Чтобы поближе познакомиться с тем, как работает память, а также с тем, как исследователи сейчас изучают мозг Г. М., уделите несколько минут просмотру этого видео от Nova PBS.

мозжечок и префронтальная кора

Хотя гиппокамп, по-видимому, является скорее областью обработки явных воспоминаний, вы все же можете потерять его и быть в состоянии создавать неявные воспоминания (процедурную память, моторное обучение и классическую обусловленность) благодаря вашему мозжечку ([ссылка]).Например, один из классических экспериментов с обусловливанием состоит в том, чтобы приучить испытуемых моргать, когда им дают дуновение воздуха. Когда исследователи повредили мозжечок кроликов, они обнаружили, что кролики не способны выучить условную реакцию моргания (Steinmetz, 1999; Green & Woodruff-Pak, 2000).

Другие исследователи использовали сканирование мозга, в том числе позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ), чтобы узнать, как люди обрабатывают и сохраняют информацию. Судя по этим исследованиям, в этом участвует префронтальная кора.В одном исследовании участники должны были выполнить две разные задачи: либо найти букву a в словах (считается задачей на восприятие), либо классифицировать существительное как живое или неживое (считается семантической задачей) (Kapur et al. , 1994). Затем участников спросили, какие слова они видели ранее. Припоминание было намного лучше для семантической задачи, чем для перцептивной задачи. По данным ПЭТ, в левой нижней префронтальной коре при выполнении семантической задачи активация была намного сильнее.В другом исследовании кодирование было связано с активностью левой лобной доли, а извлечение информации — с правой лобной областью (Craik et al., 1999).

НЕЙРОМЕДИАТОРЫ

По-видимому, в процесс памяти также вовлечены специфические нейротрансмиттеры, такие как адреналин, дофамин, серотонин, глутамат и ацетилхолин (Myhrer, 2003). Среди исследователей продолжаются дискуссии и споры о том, какой нейротрансмиттер играет какую конкретную роль (Blockland, 1996).Хотя мы еще не знаем, какую роль каждый нейротрансмиттер играет в памяти, мы знаем, что связь между нейронами через нейротрансмиттеры имеет решающее значение для развития новых воспоминаний. Повторяющаяся активность нейронов приводит к увеличению количества нейротрансмиттеров в синапсах и более эффективным и более синаптическим связям. Так происходит консолидация памяти.

Также считается, что сильные эмоции вызывают формирование сильных воспоминаний, а более слабые эмоциональные переживания формируют более слабые воспоминания; это называется теорией возбуждения (Christianson, 1992).Например, сильные эмоциональные переживания могут вызвать выброс нейротрансмиттеров, а также гормонов, укрепляющих память; поэтому наша память на эмоциональное событие обычно лучше, чем наша память на неэмоциональное событие. Когда люди и животные испытывают стресс, мозг выделяет больше нейротрансмиттера глутамата, который помогает им вспомнить стрессовое событие (McGaugh, 2003). Об этом ясно свидетельствует то, что известно как явление памяти-вспышки.

Память-вспышка — исключительно яркое воспоминание о важном событии ([ссылка]).Где вы были, когда впервые услышали о терактах 11 сентября? Скорее всего, вы можете вспомнить, где вы были и что делали. На самом деле, исследование Pew Research Center (2011) показало, что среди тех американцев, которым было 8 лет и старше на момент события, 97% могут вспомнить момент, когда они узнали об этом событии, даже спустя десять лет после того, как оно произошло.

Большинство людей помнят, где они были, когда впервые услышали о терактах 11 сентября. Это пример вспышки памяти: запись нетипичного и необычного события, вызывающего очень сильные эмоциональные ассоциации.(кредит: Майкл Форан)

Копнуть глубже: неточные и ложные воспоминания

Даже воспоминания-вспышки могут терять точность с течением времени, даже в отношении очень важных событий. Например, по крайней мере в трех случаях, когда президента Джорджа Буша спросили, откуда он узнал о терактах 11 сентября, он дал неверный ответ. В январе 2002 г., менее чем через 4 месяца после терактов, тогдашнего президента Буша спросили, откуда он узнал о терактах.Он ответил:

Я сидел там, и мой начальник штаба — ну, во-первых, когда мы вошли в класс, я видел, как этот самолет влетел в первое здание. Был включен телевизор. И знаете, я подумал, что это ошибка пилота, и был поражен, что кто-то может совершить такую ​​ужасную ошибку. (Гринберг, 2004, стр. 2)

Вопреки тому, что вспоминал президент Буш, никто не видел падения первого самолета, кроме людей на земле возле башен-близнецов. Первый самолет не был снят на видео, потому что это было обычное утро вторника в Нью-Йорке, пока не врезался первый самолет.

Некоторые люди объясняли неправильное воспоминание Бушем об этом событии теориями заговора. Однако есть гораздо более мягкое объяснение: человеческая память, даже память-вспышка, может быть хрупкой. На самом деле память может быть настолько слабой, что мы можем убедить человека в том, что с ним произошло событие, даже если его не было. В исследованиях участники исследования вспомнят, что слышали слово, даже если никогда не слышали его. Например, участникам дали список из 15 слов, связанных со сном, но слова «сон» в нем не было.Участники вспомнили, что слышали слово «сон», хотя на самом деле они его не слышали (Roediger & McDermott, 2000). Исследователи, обнаружившие это, назвали теорию в честь себя и коллеги-исследователя, назвав ее парадигмой Диза-Редигера-Макдермотта.

Резюме

Начиная с Карла Лэшли, исследователи и психологи искали инграмму, которая является физическим следом памяти. Лэшли не нашел инграмму, но предположил, что воспоминания распределены по всему мозгу, а не хранятся в одной конкретной области.Теперь мы знаем, что три области мозга играют важную роль в обработке и хранении различных типов воспоминаний: мозжечок, гиппокамп и миндалевидное тело. Работа мозжечка заключается в обработке процедурных воспоминаний; в гиппокампе кодируются новые воспоминания; миндалевидное тело помогает определить, какие воспоминания хранить, и играет определенную роль в определении того, где хранятся воспоминания, в зависимости от того, имеем ли мы сильную или слабую эмоциональную реакцию на событие. Сильные эмоциональные переживания могут вызвать высвобождение нейротрансмиттеров, а также гормонов, которые укрепляют память, поэтому память на эмоциональное событие обычно сильнее, чем память на неэмоциональное событие.Об этом свидетельствует так называемый феномен вспышки памяти: наша способность запоминать важные жизненные события. Однако наша память на жизненные события (автобиографическая память) не всегда точна.

Вопросы для самопроверки

Вопрос о критическом мышлении

1. Что может произойти с вашей системой памяти, если вы повредите гиппокамп?

Вопрос личного заявления

2.Опишите вспышку памяти о значимом событии в вашей жизни.

ответы

1. Поскольку ваш гиппокамп, по-видимому, является скорее областью обработки ваших явных воспоминаний, повреждение этой области может привести к тому, что вы не сможете обрабатывать новые декларативные (эксплицитные) воспоминания; однако даже с этой потерей вы сможете создавать имплицитные воспоминания (процедурную память, моторное обучение и классическую обусловленность).

Глоссарий

теория возбуждения сильные эмоции вызывают формирование сильных воспоминаний, а более слабые эмоциональные переживания формируют более слабые воспоминания

энграмма физический след памяти

гипотеза эквипотенциальности  некоторые части мозга могут заменить поврежденные части при формировании и хранении воспоминаний

вспышка памяти исключительно четкое воспоминание о важном событии

 

Какую роль в памяти играет гиппокамп?

Гиппокамп — это область мозга, в значительной степени отвечающая за формирование памяти.Предоставлено: Институт Солка.

(Medical Xpress) — Познакомьтесь с гиппокампом: структура в форме морского конька в медиальной височной доле коры головного мозга, это часть лимбической системы, которая, как считается, участвует в пространственной навигации и создании долговременных воспоминаний. Тем не менее, было неясно, какими конкретными функциями памяти управляет гиппокамп — припоминание, то есть способность извлекать память; или распознавание, то есть способность идентифицировать стимул как новый.

Несмотря на годы исследований, направленных на то, чтобы провести эти неврологические различия и определить роль гиппокампа, это остается неясным; исследователи предположили, что гиппокамп отвечает за припоминание, а парагиппокампальные структуры отвечают за распознавание и различение.Но ряд других исследований предоставил доказательства того, что гиппокамп отвечает за оба действия, оставив вопрос нерешенным. Кроме того, ни в одном из этих исследований не удалось установить связь между памятью и объемом гиппокампа.

Теперь международная группа исследователей сообщает в Proceedings of the National Academy of Sciences об исследовании группы пациентов с амнезией развития из-за тяжелого повреждения гиппокампа, полученного в раннем возрасте. Предыдущая работа авторов определила, что такое повреждение ухудшает способность вспоминать визуальные или вербальные стимулы, но не оказывает реального влияния на распознавание этих стимулов.Применив инструмент измерения памяти Doors and People (D&P) в текущем исследовании, исследователи смогли устранить некоторые неясности в отношении рабочей нагрузки гиппокампа в его повседневной деятельности по консолидации информации от краткосрочной до долговременные воспоминания.

Тест D&P был проведен 29 пациентам с повреждением гиппокампа вследствие эпизодов гипоксии/ишемии в младенчестве или до рождения. Тест состоит из четырех подтестов, два из которых измеряют распознавание и два измеряют припоминание, оба типа с вербальными и визуальными компонентами.Исследователи записали МРТ всего мозга для анализа его функций на этапе тестирования.

Благодаря как большому размеру исследуемой когорты, так и широким различиям в степени повреждения гиппокампа у отдельных лиц, исследователи смогли изучить взаимосвязь структура/функция и установили, что в поврежденном гиппокампе нарушена только способность к запоминанию, в то время как производительность распознавания стимулов не пострадала. Авторы отмечают: «[…] зрительная область может быть более чувствительна к повреждению гиппокампа, чем вербальная область, вывод, согласующийся с недавними данными о людях, что гиппокамп может играть роль в задачах, связанных со сложными зрительными различениями.Действительно, дефицит различения, а не узнавания, может быть частью объяснения трудностей пациентов с подтестом Doors, который требует обработки очень подробной визуальной информации». тест не проверяет забывание при узнавании

Отчет имеет значение для понимания повреждения гиппокампа в раннем возрасте и показывает, что атрофия гиппокампа напрямую связана с нарушениями припоминающей памяти.Это также демонстрирует, что припоминание и распознавание являются отдельными и несовместимыми способностями, зависящими от различных структур в медиальной височной доле.


Реакции нейронов гиппокампа, связанные с различиями в памяти
Дополнительная информация: «Степень атрофии гиппокампа предсказывает степень дефицита памяти. PNAS 2015; опубликовано до печати 28 сентября 2015 г., DOI: 10.1073/pnas.1511

2

Реферат
Какие конкретные функции памяти зависят от гиппокампа, все еще обсуждается. Наличие большой когорты пациентов, перенесших относительно избирательное повреждение гиппокампа в раннем возрасте, позволило нам определить, какой тип мнемонического дефицита коррелирует со степенью повреждения гиппокампа. Мы оценили когорту наших пациентов с помощью теста, который дает показатели распознавания и припоминания, которые приравниваются к сложности, и обнаружили, что результаты пациентов в тестах на припоминание значительно коррелировали с объемом их гиппокампа, в то время как их результаты в столь же сложных тестах на распознавание не коррелировали. , действительно, практически не пострадал, независимо от степени атрофии гиппокампа.Результаты предоставляют новые доказательства в пользу точки зрения, что гиппокамп необходим для припоминания, но не для узнавания.

© 2015 Медицинский Экспресс

Цитата : Какую роль в памяти играет гиппокамп? (2015, 6 октября) получено 9 марта 2022 г. с https://medicalxpress.com.com/news/2015-10-role-hippocampus-memory.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

8.2 части мозга, участвующие в памяти — Введение в психологию

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните функции мозга, связанные с памятью
  • Распознать роль гиппокампа, миндалевидного тела и мозжечка

 

   Хранятся ли воспоминания только в одной части мозга или во многих разных частях мозга? Карл Лэшли начал исследовать эту проблему около 100 лет назад, делая повреждения в мозге животных, таких как крысы и обезьяны.Он искал доказательства существования инграммы: группы нейронов, которые служат «физическим представлением памяти» (Josselyn, 2010). Сначала Лешли (1950) обучал крыс находить дорогу в лабиринте. Затем он использовал доступные в то время инструменты — в данном случае паяльник — для создания повреждений в мозге крыс, особенно в коре головного мозга. Он сделал это, потому что пытался стереть инграмму или первоначальный след памяти крыс о лабиринте.

Лэшли не нашел следов инграммы, и крысы все еще могли найти дорогу в лабиринте, независимо от размера или местоположения поражения.Основываясь на созданных им повреждениях и реакции животных, он сформулировал гипотезу эквипотенциальности: если часть одной области мозга, отвечающая за память, повреждена, другая часть той же области может взять на себя эту функцию памяти (Lashley, 1950). ). Хотя ранние работы Лэшли не подтверждали существование инграммы, современные психологи добиваются успехов в ее обнаружении.

Многие ученые считают, что памятью занимается весь мозг. Однако после исследования Лэшли другие ученые смогли более внимательно изучить мозг и память.Они утверждали, что память находится в определенных частях мозга, и определенные нейроны можно распознать по их участию в формировании воспоминаний. Основными частями мозга, связанными с памятью, являются миндалевидное тело, гиппокамп, мозжечок и префронтальная кора.

 

Рисунок 8.07.  Миндалевидное тело участвует в формировании страхов и воспоминаний о страхе. Гиппокамп связан с декларативной и эпизодической памятью, а также памятью узнавания. Мозжечок играет роль в обработке процедурных воспоминаний, таких как игра на пианино.Префронтальная кора, по-видимому, участвует в запоминании семантических задач.

 

Долговременная память представляет собой заключительную стадию модели обработки информации, где информативные знания хранятся постоянно (идея постоянства памяти будет обсуждаться в следующем разделе). Воспоминания, к которым у нас есть сознательное хранение и доступ, известны как явная память (также известная как декларативная память) и кодируются гиппокампом, энторинальной корой и перигинальной корой, которые являются важными структурами лимбической системы .Лимбическая система представляет собой набор структур мозга, расположенных по обеим сторонам таламуса, непосредственно под корой головного мозга, и важна для множества функций, включая эмоции, мотивацию, долговременную память и обоняние.

В категории явных воспоминаний e эпизодические воспоминания представляют время, место, связанные эмоции и другую контекстуальную информацию, которая составляет автобиографические события. Эти типы воспоминаний представляют собой последовательности переживаний и прошлых воспоминаний, которые позволяют человеку образно путешествовать во времени, чтобы заново пережить или вспомнить событие, которое произошло в определенное время и в определенном месте.Было продемонстрировано, что эпизодические воспоминания в значительной степени зависят от нейронных структур, которые были активированы во время процедуры, когда переживалось событие. Готфрид и его коллеги (2004) использовали сканеры фМРТ для наблюдения за активностью мозга, когда участники пытались вспомнить изображения, которые они впервые видели в присутствии определенного запаха. При воспроизведении изображений, которые участники просматривали вместе с сопровождающим их запахом, области первичной обонятельной коры (приорформная кора) были более активны по сравнению с условиями без сочетания запахов (Gottfried, Smith, Rugg & Doland, 2004), что позволяет предположить, что воспоминания извлекаются путем повторной активации. области датчиков, которые были активны во время исходного события.Это указывает на то, что сенсорный ввод чрезвычайно важен для эпизодических воспоминаний, которые мы используем, чтобы попытаться воссоздать опыт того, что произошло.

Семантическая память  представляет собой второй из трех основных типов эксплицитной памяти и относится к общим знаниям о мире, которыми мы обладаем и которые мы накопили на протяжении всей жизни. Эти факты о мире, идеи, смыслы и понятия смешиваются с нашими переживаниями из эпизодической памяти и подчеркиваются культурными различиями. В области когнитивной нейробиологии существует множество взглядов на участки мозга, где хранятся семантические воспоминания.Одна точка зрения предполагает, что семантические воспоминания хранятся в тех же нейронных структурах, которые помогают создавать эпизодические воспоминания. Области, такие как медиальные височные доли, гиппокамп и свод, которые кодируют информацию и создают связи с областями коры, откуда к ним можно получить доступ в более позднее время. Другие исследования показали, что гиппокамп и соседние структуры лимбической системы более важны для хранения и извлечения семантических воспоминаний, чем области, связанные с двигательной активностью или сенсорной обработкой, используемой во время кодирования (Vargha-Khadem et al., 1997). Другие группы предположили, что семантические воспоминания извлекаются из областей лобной коры и сохраняются в областях височной доли (Hartley et al., 2014, Binder et al., 2009). В целом данные свидетельствуют о том, что многие области мозга связаны с хранением и извлечением явной памяти, а не с отдельными структурами.

Последняя основная группа воспоминаний в категории эксплицитной памяти известна как Автобиографическая память . Эта система памяти состоит как из эпизодических, так и из семантических аспектов памяти и представляет собой набор воспоминаний, непосредственно связанных с личностью.Это может быть то, как вы выглядите, ваш рост, конкретные значимые моменты в вашей жизни или общее представление о вашей самооценке. Конкретные места, где этот тип памяти хранится и к которым осуществляется доступ, особенно противоречивы из-за тесной связи между автобиографической информацией и сознательным опытом. Конвей и Плейделл-Пирс (2000) предложили модель, описывающую автобиографические воспоминания как преходящие ментальные композиции, хранящиеся в системе самопамяти, содержащей автобиографическую базу знаний и текущие цели работающего «я».Согласно этому подходу, в системе самопамяти существуют процессы управления, которые модулируют способность ассоциировать информацию с базой знаний о себе путем постоянного редактирования сигналов, используемых для активации автобиографической памяти. Следовательно, на представления о себе и связанных с собой воспоминаниях может влиять контекст самовосприятия во время кодирования памяти. Современные исследования нейровизуализации показывают, что автобиографическая память распределена по многим сложным нейронным сетям, включая группы нейронов рекрутирования в медиальной и вентролатеральной префронтальной коре, а также в медиальной и латеральной височной коре, височно-теменном соединении, задней поясной коре и мозжечке. (Свобода, Э., McKinnon, M.C., Levine, B., 2006).

В отличие от описанных выше систем памяти, связанных с явным кодированием и процессами извлечения памяти, имплицитная память , как обсуждалось в предыдущем разделе, относится к воспоминаниям, которые приобретаются и вызываются бессознательно. Современные исследования предполагают, что мозжечок, базальные ганглии (группа подкорковых структур, связанных с произвольным моторным контролем, процедурным обучением и эмоциями, а также многими другими видами поведения), моторная кора и различные области коры головного мозга (Дхарани, 2014) связаны с хранением и извлечением имплицитной памяти.

АМИГДАЛА

    Миндалевидное тело является чрезвычайно важной структурой для создания и воспроизведения как явной, так и имплицитной памяти. Основная работа миндалевидного тела заключается в регулировании эмоций, таких как страх и агрессия. Миндалевидное тело играет роль в том, как хранятся воспоминания, поскольку на хранение информации влияют эмоции и стресс. Джоселин (2010) соединила нейтральный тон с ударом по ноге группе крыс, чтобы оценить страх крыс, связанный с обусловливанием звука. Это вызывало у крыс память о страхе.После обработки каждый раз, когда крысы слышали тон, они замирали (защитная реакция у крыс), что указывает на воспоминание о надвигающемся шоке. Затем исследователи вызвали гибель клеток в нейронах латеральной миндалины, которая является особой областью мозга, ответственной за воспоминания о страхе у крыс. Они обнаружили, что память о страхе угасла (память о страхе исчезла). Из-за своей роли в обработке эмоциональной информации миндалевидное тело также участвует в консолидации памяти: процессе переноса новых знаний в долговременную память.Миндалевидное тело, кажется, способствует кодированию воспоминаний на более глубоком уровне, когда событие эмоционально возбуждает. Например, с точки зрения модели глубины обработки Крейка и Локхарта (1972) недавние исследования показали, что воспоминания, закодированные изображениями, которые вызывают эмоциональную реакцию, как правило, запоминаются точнее и легче по сравнению с нейтральными изображениями (Xu et al., 2014). ). Кроме того, исследование фМРТ продемонстрировало более сильную связанную активацию миндалевидного тела и гиппокампа, в то время как кодирование предсказывает более сильную и более точную способность вспоминать память (Phelps, 2004).Большая активация миндалевидного тела, предсказывающая более высокие вероятности точного припоминания, предоставляет доказательства, иллюстрирующие, как ассоциация с эмоциональной реакцией может создавать более глубокий уровень обработки во время кодирования, что приводит к более сильному следу памяти для последующего припоминания.

В этом выступлении на TED Talk Стив Рамирес и Сюй Лю из Массачусетского технологического института рассказывают об использовании лазерных лучей для управления воспоминаниями о страхе у крыс.

ГИППОКАМП

   Формирование гиппокампа состоит из группы субструктур, включая гиппокамп, зубчатую извилину и субикулум, которые расположены внутри височной доли и имеют форму, аналогичную букве C.Вместе эти структуры представляют основные области мозга, связанные с формированием долговременных воспоминаний.

Кларк, Зола и Сквайр (2000) экспериментировали с крысами, чтобы узнать, как гиппокамп функционирует при обработке памяти. Они создали повреждения в гиппокампе крыс и обнаружили, что крысы демонстрировали ухудшение памяти при выполнении различных задач, таких как распознавание объектов и бег по лабиринту. Они пришли к выводу, что гиппокамп участвует в создании воспоминаний, особенно нормальной памяти распознавания, а также пространственной памяти (когда задачи памяти похожи на тесты на припоминание).Гиппокамп также проецирует информацию в области коры, которые придают воспоминаниям смысл и связывают их с другими битами информации. Кроме того, он также играет важную роль в консолидации памяти: процессе переноса нового обучения в долговременную память.

Травма этой области мешает формированию новых воспоминаний, но существенно не ухудшает их способность извлекать воспоминания, уже хранящиеся в виде долговременных воспоминаний (Hudspeth et al., 2013). Один известный пациент, известный в течение многих лет только как Х.М. удалили левую и правую височные доли (гиппокампы) в попытке помочь справиться с припадками, от которых он страдал в течение многих лет (Corkin, Amaral, Gonzalez, Johnson, & Hyman, 1997). В результате у него значительно пострадала декларативная (эксплицитная) память, и он не смог сформировать новые смысловые знания. Он потерял способность формировать новые воспоминания, но все еще мог помнить информацию и события, которые произошли до операции. Его история убедительно свидетельствует о том, что у людей гиппокамп в основном связан с консолидацией памяти.

мозжечок и префронтальная кора

    мозжечок играет большую роль в имплицитных воспоминаниях (процедурная память, моторное обучение и классическое обусловливание). Например, человек с повреждением гиппокампа по-прежнему будет демонстрировать условную реакцию, чтобы моргнуть, когда ему дают серию дуновений воздуха в глаза. Однако когда исследователи повредили мозжечок кроликов, они обнаружили, что кролики не способны выучить условную реакцию моргания (Steinmetz, 1999; Green & Woodruff-Pak, 2000).Этот эксперимент демонстрирует важную роль мозжечка в формировании имплицитных воспоминаний и условных реакций.

Недавние оценки количества нейронов в различных областях мозга показывают, что в коре головного мозга человека насчитывается от 21 до 26 миллиардов нейронов (Pelvig et al., 2008) и 101 миллиард нейронов в мозжечке (Andersen, Korbo & Pakkenberg, 1992). , однако мозжечок составляет примерно лишь 10% головного мозга (Siegelbaum et al., 2013). Мозжечок состоит из множества различных областей, которые получают проекции от разных частей головного и спинного мозга и проецируются в основном на двигательные системы мозга в лобных и теменных долях.

В дополнение к вкладу в имплицитную память, условные реакции, мелкую моторику, осанку и координацию, мозжечок также поддерживает внутренние представления внешнего мира, которые позволяют вам перемещаться по вашей гостиной, чтобы найти ключи в полной темноте, и профессиональные бейсболистов координировать свои движения, чтобы они могли ловить летающие мячи за пределами поля.

Другие исследователи использовали томографию мозга для измерения метаболических процессов, в том числе позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ), чтобы узнать, как люди обрабатывают и сохраняют информацию.Из этих исследований видно, что префронтальная кора активна во время различных задач, связанных с памятью. В одном исследовании участники должны были выполнить две разные задачи: либо найти букву a в словах (считается задачей на восприятие), либо классифицировать существительное как живое или неживое (считается семантической задачей) (Kapur et al. , 1994). Затем участников спросили, какие слова они видели ранее, и они сообщили о гораздо лучшем воспоминании для семантической задачи по сравнению с перцептивной задачей.По данным ПЭТ, в левой нижней префронтальной коре при выполнении семантической задачи активация была намного сильнее. В другом исследовании кодирование было связано с активностью левой лобной доли, а извлечение информации — с правой лобной областью (Craik et al., 1999).

Другой широко распространенный взгляд на функцию префронтальной коры состоит в том, что она кодирует информацию, относящуюся к задаче, в рабочей памяти (Baddeley, 2003). Многие исследования показали большую активность префронтальной коры во время периодов задержки в задачах на рабочую память, демонстрируя процессы префронтальной репетиции, ведущие к переходу информации из кратковременной рабочей памяти в долговременную память (Wilson et al., 1993; Леви и Голдман-Ракич, 2000). В более поздних работах, оценивающих более высокую префронтальную активность во время задержки задач рабочей памяти, предполагается, что активность префронтальной коры во время этих периодов задержки может не быть нейронными сигнатурами кодирования долговременной памяти, но на самом деле может быть нисходящими сигналами, которые влияют на кодирование в задних сенсорных и ассоциативных областях. области, в которых сохраняются фактические представления рабочей памяти (Lara & Wallis, 2015).

НЕЙРОМЕДИАТОРЫ

   Также, по-видимому, в процесс памяти вовлечены специфические нейротрансмиттеры, такие как адреналин, дофамин, серотонин, глутамат и ацетилхолин (Myhrer, 2003).Среди исследователей продолжаются дискуссии и споры о конкретной роли, которую играет каждый нейротрансмиттер (Blockland, 1996). Несмотря на то, что существует много споров об определении убедительных причинно-следственных связей между конкретными нейротрансмиттерами и конкретным поведением посредством экспериментального дизайна, исследователи могут использовать два общих метода, чтобы делать выводы об этих отношениях.

Первый метод известен как интервенционная стратегия. Фармакологические инструменты или повреждения/стимуляция используются на определенных нейротрансмиттерах и их рецепторах.Второй метод известен как корреляционный метод, при котором различные естественные состояния (неврологические заболевания, старение), которые влияют на различные системы нейротрансмиттеров, сравниваются на моделях человека или животных. Используя эти методы, последовательно было установлено, что несколько групп и путей нейротрансмиттеров важны для различных процессов памяти (Chapoutier, 1989; Decker and McGaugh, 1991). Повторяющаяся активность нейронов приводит к большему выбросу нейротрансмиттеров в синапсах и более сильным нейронным связям между группами нейронов, создавая консолидацию памяти.

Также считается, что сильные эмоции вызывают формирование сильных воспоминаний, а более слабые эмоциональные переживания формируют более слабые воспоминания; это называется теорией возбуждения (Christianson, 1992). Например, сильные эмоциональные переживания могут вызвать выброс нейротрансмиттеров, а также гормонов, укрепляющих память; поэтому наша память на эмоциональное событие обычно лучше, чем наша память на неэмоциональное событие. Когда люди и животные находятся в состоянии стресса, мозг выделяет больше нейротрансмиттера глутамата , который помогает запомнить стрессовое событие (Szapiro et al, 2003).Это обеспечивает функциональную основу явления, которое обычно называют флэш-памятью.

Глутамат

Ранние исследования функциональных свойств глутамата использовали соединение, известное как пролин, для изучения реакции сетчатки птиц. Черкин, Эккардт и Гербрандт (1976) обнаружили, что введение пролина снижает обучаемость и память у птиц, предполагая, что, поскольку пролин действует как антагонист глутамата (уменьшая высвобождение глутамата в синапсах), глутамат должен быть вовлечен в какой-то процесс, связанный с этим. к обучению и памяти.В дальнейших исследованиях использовались другие антагонисты глутамата, чтобы продемонстрировать, что в целом снижение количества глутамата в синапсе снижает способность к обучению и формированию воспоминаний. В ответ на это раннее исследование дальнейшие исследования обобщили критический процесс, связанный с обучением и памятью, известный как долгосрочная потенциация. Этот процесс основан на стимуляции глутаматных путей в головном мозге (Маленка и Николл, 1999). Кроме того, состояния человека, связанные с серьезными нарушениями обучения и памяти, как правило, связаны со значительным отсутствием глутаматных нейротрансмиттеров и рецепторов.Сквайр (1986) обнаружил сниженное количество рецепторов глутамата в гиппокампе у пациентов с амнезией, а Хайман и его коллеги (1987) задокументировали, что резкое сокращение глутаминэргических нейронов в энторинальной коре и гиппокампе представляет собой отличительную черту болезни Альцгеймера.

ГАМК (γ-аминомасляная кислота)

До открытия бензодиазепинов ГАМК относительно игнорировалась с точки зрения ее влияния на процессы обучения и памяти. В конечном итоге было обнаружено, что бензодиазепины управляют активностью ГАМК на одном из ее различных типов рецепторов (ГАМК A ), а также вызывают серьезные нарушения обучения (Lister, 1985).McGaugh (1989) использовал местное введение соединений, продуцирующих ГАМК (агонисты) или ингибирующих соединений (антагонисты), демонстрируя, что они могут избирательно вызывать нарушения или улучшения обучения и памяти в зависимости от того, использовали ли они агонисты ГАМК (нарушения обучения и памяти) или антагонисты ГАМК (нарушения обучения). и улучшения памяти). Этот объем исследований предполагает ингибирующий характер ГАМК. В частности, снижение ГАМК в синапсах или сильное торможение высвобождения ГАМК может увеличить скорость возбуждения между клетками, что приведет к более длительному потенцированию и, таким образом, к обучению и консолидации памяти.

Ацетилхолин

Исследования с использованием фармакологических методов для снижения количества ацетилхолина в синапсах (с помощью соединений, которые ингибируют ацетилхолин, или соединений, которые полностью блокируют ацетилхолиновые рецепторы) в задачах обучения человека и на животных моделях выявили когнитивные нарушения, связанные с обучением и памятью (Deutsch, 1983, Койл и др., 1983). Chapoutier (1989) дополнительно обнаружил, что ухудшение памяти у людей с болезнью Паркинсона коррелирует с функционированием ацетилхолина в лобной коре.Winson (1990) предоставил доказательства того, что функция ацетилхолина может модулировать ритмическую электрическую активность мозга (в частности, в тета- и гамма-частотах), которая важна для обеспечения оптимальной частоты возбуждения, приводящей к долгосрочной потенциации.

Катехоламины и серотонин

Катехоламиновые системы, такие как адреналин, норадреналин и дофамин, задействуются во время пространственного обучения и воспоминаний, а блокирование высвобождения ацетилхолина снижает функцию катехоламиновой системы (Brandeis, Brandys & Yehuda, 1989).Hatfield и McGaugh (1999) также продемонстрировали, используя задачу в водном лабиринте, что истощение норадреналина влияет на процессы консолидации, что делает след памяти менее стабильным (хуже позднее припоминание) и более восприимчивым к помехам. Было продемонстрировано, что другие химические соединения, которые действуют как нейротрансмиттеры для связывания с рецепторами, играют роль в консолидации памяти и воспроизведении (D’Hooge & De Deyn, 2001). закрепить долгосрочные воспоминания.

ЭМОЦИИ И ЛОЖНЫЕ ВОСПОМИНАНИЯ

      Память-вспышка  это очень подробное, исключительно яркое эпизодическое воспоминание об обстоятельствах, связанных с неожиданной, последовательной или эмоционально возбуждающей новостью. Однако даже воспоминания-вспышки могут терять точность с течением времени, даже в отношении очень важных событий. Например, по крайней мере в трех случаях, когда его спросили, откуда он узнал о терактах 11 сентября, президента Джорджа Буша-младшего.Буш ответил неточно. В январе 2002 г., менее чем через 4 месяца после терактов, тогдашнего президента Буша спросили, откуда он узнал о терактах. Он ответил:

Я сидел там, и мой начальник штаба — ну, во-первых, когда мы вошли в класс, я видел, как этот самолет влетел в первое здание. Был включен телевизор. И знаете, я подумал, что это ошибка пилота, и был поражен, что кто-то может совершить такую ​​ужасную ошибку. (Гринберг, 2004, стр. 2)

Вопреки тому, что вспоминал президент Буш, никто не видел падения первого самолета, кроме людей на земле возле башен-близнецов.Первый самолет не был снят на видео, потому что это было обычное утро вторника в Нью-Йорке, пока не врезался первый самолет.

Некоторые люди объясняли неправильное воспоминание Бушем об этом событии теориями заговора. Однако есть гораздо более мягкое объяснение: человеческая память, даже память-вспышка, может быть хрупкой. На самом деле память может быть настолько слабой, что мы можем убедить человека в том, что с ним произошло событие, даже если его не было. В ходе исследования участникам дали список из 15 слов, связанных со сном, но слова «сон» в нем не было.Участники вспомнили, что слышали слово «сон», хотя на самом деле они его не слышали (Roediger & McDermott, 2000). Открывшие это исследователи назвали теорию в честь себя и коллеги-исследователя, назвав ее парадигмой Диза-Редигера-Макдермотта .

ОБЗОР

   Начиная с Карла Лэшли, исследователи и психологи искали инграмму, которая является физическим следом памяти. Лэшли не нашел инграмму, но предположил, что воспоминания распределены по всему мозгу, а не хранятся в одной конкретной области.Теперь мы знаем, что три области мозга играют важную роль в обработке и хранении различных типов воспоминаний: мозжечок, гиппокамп и миндалевидное тело. Работа мозжечка заключается в обработке процедурных воспоминаний; в гиппокампе кодируются новые воспоминания; миндалевидное тело помогает определить, какие воспоминания хранить, и играет определенную роль в определении того, где хранятся воспоминания, в зависимости от того, имеем ли мы сильную или слабую эмоциональную реакцию на событие. Сильные эмоциональные переживания могут вызвать высвобождение нейротрансмиттеров, а также гормонов, которые укрепляют память, поэтому память на эмоциональное событие обычно сильнее, чем память на неэмоциональное событие.Об этом свидетельствует так называемый феномен вспышки памяти: наша способность запоминать важные жизненные события. Однако наша память на жизненные события (автобиографическая память) не всегда точна.

 

Каталожные номера:

Текст Openstax Psychology, написанный Кэтрин Дампер, Уильямом Дженкинсом, Арлин Лакомб, Мэрилин Ловетт и Марион Перлмуттер, под лицензией CC BY v4.0. https://openstax.org/details/books/psychology

 

 

Упражнения

Контрольные вопросы:

1. ________ — это еще одно название кратковременной памяти.

а. сенсорная память

б. эпизодическая память

в. оперативная память

д. неявная память

 

2. Емкость долговременной памяти ________.

а. один или два бита информации

б. семь бит плюс-минус два

в. ограниченный

д. практически безграничный

 

3. Три функции памяти ________.

а. автоматическая обработка, трудоемкая обработка и хранение

б. кодирование, обработка и хранение

в. автоматическая обработка, трудоемкая обработка и поиск

д. кодирование, хранение и поиск

 

4. Этот физический след памяти известен как ________.

а. инграмма

б. Эффект Лэшли

в. Парадигма Диза-Редигера-Макдермотта

д. эффект памяти фотовспышки

 

5. Исключительно ясное воспоминание о важном событии – это (ан) ________.

а. инграмма

б. теория возбуждения

в. память фотовспышка

д. гипотеза эквипотенциальности

 

Вопросы критического мышления:

1. Что может случиться с вашей системой памяти, если вы повредите гиппокамп?

 

Вопросы по личному заявлению:

1. Опишите вспышку памяти о важном событии в вашей жизни.

 

Глоссарий:

теория возбуждения

инграмма

гипотеза эквипотенциальности

Память-вспышка

 

Ответы на упражнения

Контрольные вопросы:

1. С

2. Д

3. Д

4. А

5.С

 

Вопросы критического мышления:

1. Поскольку ваш гиппокамп, по-видимому, является скорее областью обработки ваших явных воспоминаний, повреждение этой области может привести к тому, что вы не сможете обрабатывать новые декларативные (эксплицитные) воспоминания; однако даже с этой потерей вы сможете создавать имплицитные воспоминания (процедурную память, моторное обучение и классическую обусловленность).

 

Глоссарий:

теория возбуждения: сильные эмоции вызывают формирование сильных воспоминаний, а более слабые эмоциональные переживания формируют более слабые воспоминания

энграмма: физический след памяти

гипотеза эквипотенциальности:  некоторые части мозга могут заменить поврежденные части при формировании и хранении воспоминаний

вспышка памяти:  исключительно четкое воспоминание о важном событии

 

.

Написать ответ

Ваш адрес email не будет опубликован.