Долговременная память формируется одновременно с кратковременной

Долгая и короткая память формируется в мозге одновременно, однако клеткам долговременной памяти требуется время, чтобы усвоить то, что они запомнили.

Мы запоминаем все в два этапа: сначала информация находится в кратковременной памяти, а потом, спустя какое-то время, отправляется в долговременное хранилище. Причем различия между этими двумя видами памяти не только функциональные, но и структурные – они находятся в разных частях мозга.

Как известно, за память в мозге отвечают несколько зон, и самые главные тут – кора полушарий и подкорковый гиппокамп. В начале 50-х годов прошлого века к нейробиологам попал больной эпилепсией, у которого во время операции на мозге пришлось повредить гиппокамп, после чего пациент перестал запоминать то, что с ним происходило только что, но зато сохранил память о более отдаленном прошлом. Иными словами, если говорить об эпизодической памяти (то есть памяти на события), то ее кратковременная версия хранится в гиппокампе, а долговременная – в коре, которая вообще занимается высшими когнитивными функциями.

Но как именно происходит перетекание информации из кратковременного хранилища в долговременное – или, если воспользоваться обычным нейробиологическим термином, как происходит консолидация памяти? По одной модели, кратковременная память формируется и хранится в гиппокампе, чтобы потом полностью из него исчезнуть. По другой модели, которая возникла сильно позже, в гиппокампе все же остаются какие-то следы тех сведений, которые ушли в долговременную память.

Судзуми Тонегаве (Susumu Tonegawa) и его коллегам из Массачусетского технологического института удалось во многом механизм консолидации памяти расшифровать. Тонегаву особенно представлять не надо: мы неоднократно писали о работах этого выдающегося современного иммунолога и нейробиолога, лауреата Нобелевской премии, который уже успел сделать необычайно много для понимания нами нейробиологических механизмов памяти. Так, одно из самых крупных достижений лаборатории Тонегавы – экспериментальное открытие так называемых энграммных клеток в гиппокампе. Под энграммой понимают след, оставленный раздражителем; если говорить о нейронах, то повторяющийся сигнал – звук, запах, некая обстановка и т. д. – должны провоцировать в них некие физические и биохимические изменения. Если стимул потом повторится, то «след» активируется, и клетки, в которых он есть, вызовут из памяти всё воспоминание целиком. Иными словами, у нас энграммные («ключевые») нейроны отвечают за доступ к записанной информации, а чтобы сами они заработали, на них должен подействовать ключевой сигнал; очевидно, что сами такие клетки должны уметь как-то сохранять в себе информацию о тех или иных стимулах.

Именно энграммные клетки, как пишут исследователи в своей новой статье в Science, задействованы в превращениях памяти. В эксперименте некоторые нейроны мозга у мышей получали генетическую модификацию: в их ДНК вставляли ген светочувствительного белка, чтобы потом такой нейрон можно было активировать световым импульсом (свет в мозг подавали через оптоволокно; в целом все это называется оптогенетикой, о которой мы уже как-то подробно рассказывали).

Нейроны модифицировали в трех зонах мозга: в префронтальной коре, в гиппокампе и в эмоциональном центре – миндалевидном теле, или амигдале. Световой «рубильник» ставили не во все клетки, а лишь в те, которые у мышей реагировали на неприятные, пугающие обстоятельства: животных сажали в клетку, по полу которой пускали слабый электрический разряд. Мышь пугалась, замирала на месте, а в мозге у нее включались вполне определенные нейроны, срабатывающие в ответ на стресс. Мышь запоминала нехорошую клетку и, когда ее снова в нее сажали, она по старой памяти также пугалась и замирала, даже если электрического тока уже не было.

Естественно, когда на мышь находили воспоминания, то в ее мозге включались соответствующие клетки памяти. Это были те самые энграммные клетки, которые хранили следы прошлых неприятных ощущений, связанных с конкретным окружением, и реагировали на сенсорный стимул – внешний вид клетки. Энграммные клетки электрического шока были как в коре, так и в гиппокампе, и, что оказалось особенно примечательным, они появлялись сразу и там, и там (под «появлялись» мы имеем в виду не то, что в мозге появились новые нейроны, а то, что некоторые из существующих нейронов взяли на себя функцию помнить конкретный стимул).

Однако, например, если мышь сажали в неприятную клетку на следующий день после обучающего электрошокового сеанса, то корковые энграммные клетки молчали, а срабатывали лишь гиппокампальные энграммы. Однако корковые нейроны можно было «разбудить»: если их включали с помощью светового импульса, то мышь вела себя так, как будто ее что-то напугало – точно так же она вела себя и тогда, когда включались клетки гиппокампа, только эти-то срабатывали и так, просто от внешней обстановки.

Спустя две недели картина менялась: энграммные электрошоковые клетки в коре созревали, начинали иначе выглядеть и иначе работать – теперь они активировались естественным образом, когда животное попадало в ту самую стрессовую клетку. Напротив, клетки гиппокампа переставали включаться – однако какие-то следы произошедшего в них оставались, и, если на них действовали световым импульсом, то мышь впадала в страх.

Однако, чтобы нейроны в коре созревали правильным образом, они должны были общаться с «коллегами» из гиппокампа, которые помнили то же, что и они; если связь между теми и другими прерывали, клетки долговременной памяти получались «недозрелыми», что, очевидно, должно сказываться на самой памяти. Что до амигдалы, то ее клетки удерживали именно эмоциональную составляющую события, и с ними никаких перемен не происходило – они работали как с нейронами гиппокампа, так и с нейронами коры.

Таким образом, нельзя сказать, что информация перетекает из кратковременной памяти, где она первоначально формируется, в долговременную, где ее вообще не было: в обоих «департаментах» она формируется одновременно, просто в долговременном хранилище память какое-то время остается «сырой», неактивной, и чтобы ее активировать, нужна помощь кратковременного отдела.

С другой стороны, гиппокамп не забывает полностью то, что удерживалось в кратковременной памяти – правда, пока неясно, насколько долго в нем остаются такие следы: исследователи ограничились в эксперименте только двумя неделями, и, возможно, спустя два месяца гиппокамп уже вообще забывает все, что было два месяца назад.