Еще в 20-х годах прошлого века знаменитому нейрохирургу Уайлдеру Пенфилду удалось с помощью воздействия на мозг испытуемых воскресить у них определенные воспоминания. Пенфилд прикладывал к определенным точкам мозга испытуемых слабые токи, а люди рассказывали ему о своих ощущениях. Стимуляция гиппокампа позволяла разбудить у них определенные воспоминания (например, у одной пациентки из-за такого воздействия «всплыло» яркое воспоминание о родах). Можно было предположить, что гиппокамп — это и есть «жесткий диск», на котором мозг хранит воспоминания. Но через несколько десятков лет ученые установили, что воспоминания хранятся не в гиппокампе, а распределены по самым разным отделам мозга.

Это подтверждают, к примеру, классические эксперименты физиолога Карла Лешли, который учил крыс выходить из лабиринта, а потом разрушал у них небольшие участки мозга. Лешли надеялся найти тот самый участок, в котором крыса сохранила информацию о правильном пути. Однако каждое отдельное небольшое повреждение не влияло на память крысы, что подтверждало: память хранится в мозге распределенно. Ни гиппокамп, ни какой-либо другой отдел мозга нельзя назвать тем специфичным местом, где хранятся воспоминания. И всё же у гиппокампа есть особенная роль — он важен для формирования новых воспоминаний и поиска старых по определенным «ключевым стимулам». Гиппокамп хранит «указатели», по которым можно быстро найти подходящие воспоминания. Например, в этой структуре можно найти нейроны, которые активируются, когда мы вспоминаем определенного человека в самых разных контекстах («нейрон Дженнифер Энистон» [1]). При повреждениях гиппокампа ломается система, которая присваивает новым данным «указатели», и животное теряет способность обучаться.

Итак, по определенным нервным клеткам в гиппокамп приходит сигнал, и гиппокамп присваивает ему «указатель», по которому ту же цепочку нейронов при необходимости можно активировать снова — и вспомнить записанную информацию. Дальше, чтобы информация перешла из «оперативной» памяти в долгосрочную, связи между нейронами должны укрепиться. Для этого этапа важен синтез белка*: если его заблокировать, воспоминание не сохранится надолго. При такой искусственной амнезии животное уже на следующий день не проявляет никаких признаков владения усвоенной накануне информацией. Но ученые из Массачусетского технологического института недавно обнаружили, что даже у животных с амнезией в мозге остаются следы пережитого опыта [2]. И такие «спящие» воспоминания можно оживить с помощью оптогенетики [3].

* — О процессе запоминания — на уровне единственного синапса, — протеинкиназе М-дзета и других потенциальных «молекулах памяти» писали на «Элементах»: «Какой же вклад протеинкиназа M-дзета вносит в формирование памяти?» [4]. — Ред.

Ученые вывели линию мышей, у которых в активных нейронах зубчатой извилины гиппокампа синтезировался канальный родопсин (каналродопсин, ChR2). Если включить такую систему в правильный момент (когда животное что-то запомнило), то можно сделать управляемыми именно те нейроны, которые сработали при запоминании. Например, если животное научилось бояться какой-то комнаты (потому что его там били током), мы получим контроль над цепочкой воспоминаний, которая вызывает страх. Если активировать такие нейроны оптогенетическими методами, животное будет бояться, даже если оно находится не в «страшной» комнате. А если предъявлять животному какой-то эмоционально нейтральный стимул, одновременно включая у него цепочку травмирующих воспоминаний, можно приучить его бояться чего-то, что на самом деле не причиняло ему никакого вреда. Такая работа с созданием ложных воспоминаний была проведена еще в 2012 году [5].

На этот раз ученые исследовали, что происходит с мозгом при ретроградной амнезии. Искусственную амнезию у мышей создавали введением им вскоре после обучения ингибиторов синтеза белка. Из-за этого мышиные клетки «цепочки воспоминания» образовывали меньше связей, чем такие же клетки у животных с нормальной памятью. Кроме того, связи в «цепочке воспоминаний» при искусственной амнезии были значительно менее прочными. Как результат — спустя сутки после обучения мыши с амнезией уже не боялись «страшной» комнаты, в отличие от их «нормальных» собратьев, которые прекрасно помнили, что еще вчера их там били током.

Но, неожиданно для ученых, при помощи оптогенетики воспоминания у забывчивых мышей всё-таки удалось активировать. Когда экспериментаторы включали одну из клеток в цепочке с помощью света, дальше сигнал шел нормально. У животного запускалась такая реакция, как будто бы оно вспоминало прошлое — мышь замирала на месте, ожидая нового удара током. Но сама среда, в которой случилось неприятное происшествие, у мыши мрачных воспоминаний не вызывала. Получается, что при блокировании синтеза белка сломался «поиск» подходящего воспоминания в ответ на стимулы окружающей среды. То есть само воспоминание сохранилось в мозге и в отсутствие синтеза белка, но его стало крайне сложно из памяти извлекать.

Благодаря этому исследованию нейробиологи углубили представления о переходе информации из кратковременной памяти в долговременную. Самое важное в этом процессе — формирование правильной системы поиска нужного воспоминания в ответ на определенные стимулы. Конечно, укрепление связей между нейронами тоже важно, но и без него, как мы видели, воспоминание возможно «разбудить» при искусственном вмешательстве. Эти интересные результаты дают нам надежду однажды победить те виды амнезии, которые не связаны с катастрофическими повреждениями мозга.

Литература

1. Quiroga R.Q., Reddy L., Kreiman G., Koch C., Fried I. (2005). Invariant visual representation by single neurons in the human brain. Nature. 435, 1102–1107;
2. Ryan T.G., Roy D.S., Pignatelli M., Arons A., Tonegawa S. (2015). Engram cells retain memory under retrograde amnesia. Science. 348, 1007–1013;
3. Светлая голова;
4. Элементы: «Какой же вклад протеинкиназа M-дзета вносит в формирование памяти?»;
5. Liu X., Ramirez S., Pang P.T., Puryear C.B., Govindarajan A., Deisseroth K., Tonegawa S. (2012). Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall. Nature. 484, 381–385..