Как голубое пятно управляет памятью

Пространственная память формируется под действием дозы дофамина, которую голубое пятно мозга посылает напарнику-гиппокампу.

Гиппокамп – парная структура мозга, залегающая в височных отделах больших полушарий. Он нужен для того, чтобы мы помнили факты и события (то, что называется декларативной памятью).

Гиппокамп играет большую роль в превращении кратковременной памяти в долговременную: информация сохраняется сначала именно в гиппокампе, а затем постепенно переходит в кору больших полушарий, где и оседает на долговременное хранение. При повреждении гиппокампа развивается синдром Корсакова, когда человек не способен запоминать текущие события и заучивать новые факты, хотя старая память у него сохраняется.

Однако помимо декларативной памяти гиппокамп также необходим для пространственной памяти, которая хранит образы знакомого пространственного окружения, всевозможные карты и маршруты.

 Еще 15 лет назад исследователи из лаборатории Судзуми Тонегавы в Массачусетском технологическом институте выяснили, что за пространственную память отвечает зона гиппокампа под названием СА3. Возникло предположение, что зона СА3 получает сигнал из какой-то другой области мозга, когда животное попадает в незнакомое пространственное окружение, что и стимулирует формирование памяти.

Сигнал может подаваться с помощью нейромодуляторов* – химических веществ, которые влияют на нейронную активность (о разнице между нейромедиаторами и нейромодуляторами см. сноску). В зону СА3 поступают нейромодуляторы из двух областей, одна из которых – голубое пятно – представляет собой древнее, залегающее в стволе мозга скопление серого вещества, влияющее на различные активные реакции, от бодрствования до тревоги и паники. У голубого пятна больше связей с гиппокампом, и главное – про него известно, что оно реагирует на новизну, поэтому решив больше узнать про пространственную память, исследователи решили сконцентрироваться именно на нем.

Голубое пятно реагирует на ряд сенсорных стимулов, в том числе на визуальные, звуковые и обонятельные, а затем посылает информацию в другие части мозга, включая гиппокамп. Чтобы понять, как работает связь между голубым пятном и гиппокампом, авторы работы вывели генетически модифицированных мышей, у которых эту связь можно было отключать в любой момент по желанию экспериментатора.

Мышей сажали в незнакомое им место, которое они внимательно изучали; потом, когда их снова сажали сюда на следующий день, они исследовали обстановку уже не так старательно – потому что успели ее запомнить, хотя бы отчасти. Но если во время первого раза им блокировали связь между голубым пятном и гиппокампом, то во второй раз животные исследовали его так, как будто только что увидели – иными словами, с первого раза у них в памяти ничего не осталось. Гипотеза, о которой мы говорили выше, получила экспериментальное подтверждение: чтобы гиппокамп запомнил незнакомую местность, ландшафт и т. д., ему действительно нужен соответствующий сигнал от голубого пятна.

Если бы такой системы не было и гиппокамп запоминал бы все, что видят глаза, мозг просто утонул бы в информации. Голубое пятно помогает фильтровать и отбирать информацию, включая память лишь тогда, когда это действительно нужно. Если в окружающей обстановке нет никакой новизны, голубое пятно работает, как обычно, не проявляя никакой особой активности. Но если место незнакомое, его нейроны начинают генерировать гораздо более частые импульсы.

Предположительно из-за этого нейромодулятор дофамин не успевает превратиться в норадреналин. В результате дофамин выделяется из голубого пятна как есть и поступают в гиппокамп. Дофамин играет очень большую роль в системе подкрепления мозга, которая отвечает за чувство удовольствия и мотивацию, а с мотивацией неизбежно связаны обучение и память. Полностью результаты исследований опубликованы в статье в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Пока что непонятно, как именно голубое пятно понимает, что обстановка вокруг – новая. Авторы работы полагают, что мозг как-то сравнивает то, что видит, с ожиданиями или с когнитивными картами, которые уже имеются в памяти. Как именно и где именно происходит сравнение ожиданий и реальности, исследователи собираются выяснить в ближайшее время.

* Нейромедиаторы распространяются в пределах одного синапса и воздействуют на ионные каналы нейронов, предназначенные для быстрой передачи нервного возбуждения.

Нейромодуляторы же распространяются по обширным участкам нервной ткани и воздействуют на рецепторы нейронов, которые откликаются медленнее и вызывают долговременные изменения синаптической пластичности. Наиболее известные нейромедиаторы, такие как дофамин, серотонин, ацетилхолин, норадреналин, являются одновременно и нейромодуляторами.