Как новые нейроны улучшают память
Новые нервные клетки, образующиеся во взрослом мозге, позволяют старым нейронам сосредоточиться на специфической информации.
Нет нужды напоминать – но мы всё же напомним – что новые клетки во взрослом мозге всё-таки образуются, правда, не везде, а всего в двух местах: в субвентрикулярной зоне, рядом с желудочками мозга, и в зубчатой извилине гиппокампа.
Нейроны из субвентрикулярной зоны у животных отправляются в обонятельную луковицу, а у человека они вместо обонятельного тракта идут в полосатое тело (об особой судьбе этих нервных клеток в человеческом мозге шведские нейробиологи два года назад писали в Cell). Что же до «новорождённых» нейронов в гиппокампе, то они, видимо, там и остаются. Гиппокамп служит одним из основных центров памяти и потому нейрогенез здесь привлекает повышенное внимание.
Считается, что новые клетки прямо влияют на процессы запоминания, и что особенно они важны для способности различать схожий опыт, когда некая старая ситуация, которая давно отложилась в памяти, и новая, в которую мы только что попали, отличаются друг от друга всего лишь несколькими деталями. Например, если мы идём по давно знакомому маршруту и видим, что улицу перекопали, мы, благодаря способности видеть новое в старом, легко можем найти обходной путь, сравнивая привычные и новые детали ландшафта.
На уровне нейронных сетей выбор модели поведения сопровождается разной активностью у «нейронов входа» и «нейронов выхода». Стимул, поступающий в нейронную сеть, вызывает одинаковую реакцию у принимающих нейронов, но вот после внутрисетевой обработки сигнала те клетки, которые предъявляют готовый результат, срабатывают по-разному: их импульсы отличаются друг от друга. Если у подопытных животных в гиппокампе подавляли нейрогенез, то такое разделение импульсов исчезало, и мозг терял способность замечать новые детали и мелкие изменения в окружающем. Однако здесь возникал другой вопрос: как в этом случае распределяют обязанности между собой старые и новые клетки?
Ответ попытались найти Аттила Лозончи (Attila Losonczy) и его коллеги из Колумбийского университета. В эксперименте мышам нужно было запомнить, чем отличаются между собой две клетки: обе были очень похожи, но только в одной из клеток животных слегка били током. Обычные мыши запоминали отличия в обстановке, и, если их сажали в «электроклетку», они в страхе замирали на месте, тогда как в безопасной камере никакого страха мыши не испытывали. Но если у них целенаправленно отключали появление новых нервных клеток в зубчатой извилине гиппокампа, то животные переставали различать клетки, и испытывали стресс и там, и там.
Следующий опыт был сложнее: мышей ставили на беговую дорожку, одновременно организовывая им что-то вроде виртуальной реальности с помощью звуков, запахов, каких-то видов и тактильных стимулов. Искусственное окружение в разных вариантах эксперимента было похожим, но не до конца. Животные несли генетическую модификацию, так чтобы молодые нейроны сами по себе светились красным, но при том и молодые, и старые светились зелёным в момент активности. Целью было увидеть, как отличаются в работе старые и новые нервные клетки, когда мозгу нужно «поймать» небольшие различия в окружающей обстановке – и вот, пока мышь шла сквозь виртуальный мир, в её мозг смотрели с помощью специального микроскопа, способного различить флуоресцентное свечение из глубин нервной ткани.
Распределение активности между нервными клетками оказалось несколько неожиданным. Если мы несколько раз подряд оказываемся в одном и том же месте, в котором только некоторые детали меняют положение, то информацию об этом месте можно разделить на более общую, неспецифичную, имеющую отношение ко всему вообще – и на новую, менее специфичную, имеющую отношение к изменениям, к отличиям от прежнего. И логично было бы предположить, что за новое отвечают новые нейроны.
Однако, как пишут исследователи в журнале Neuron, всё оказалось наоборот: молодые нервные клетки реагировали на всё сразу, старые же реагировали именно на специфическую комбинацию импульсов. Грубо говоря, «новорожденные» нейроны не видели разницы между старой и новой обстановкой, а вот старые нейроны её как раз и видели.
На самом деле, существует гипотеза, что нейрогенез нужен не только для того, чтобы было где держать накапливающуюся информацию, сколько для улучшения контроля над памятью. Новые нейроны, согласно такой модели, подавляют активность старых, одновременно делая их более разборчивыми, так что старые нейроны начинают отвечать не на все стимулы, а только на некоторые. В результате в центре памяти образуется множество отчасти перекрывающихся групп нервных клеток со своими специализациями, что позволяет различать блоки информации по самым мелким признакам.
Если гипотеза верна, то подавление активности новых нейронов, или подавление нейрогенеза вообще, должно усилить неспецифическую активность старых клеток и, как следствие, ослабить способность запоминать детали и частности. В будущем авторы работы собираются как раз это и проверить.
Кстати говоря, именно неспособность чувствовать разницу между новым и старым особенно остро проявляется в разных психоневрологических нарушениях, вроде депрессии и посттравматического синдрома – человек перестаёт понимать, что что-то изменилось, что всё вокруг уже не такое грустное и страшное, как раньше. Так что как видим, изучение взрослого нейрогенеза имеет и вполне конкретные медицинские перспективы.
По материалам Science.
