Долгое время нейробиологи считали, что долговременная память зависит прежде всего от прочности связей между нейронами мозга. Однако новое исследование ученых из Института науки и технологий Окинавы, опубликованное в журнале Live Science, показало: даже после искусственной спячки, во время которой в гиппокампе мышей исчезло более половины синапсов, животные не забыли ранее выученную информацию. Авторы работы считают, что воспоминания могут храниться иначе, чем предполагалось прежде, а само открытие способно изменить подход к изучению памяти и нейродегенеративных заболеваний. Подробнее — в материале «Известий».
Искусственная спячка сохранила воспоминания вопреки ожиданиям
Исследование началось с вопроса, который давно интересует нейробиологов: каким образом мозг сохраняет воспоминания, если его структура постоянно меняется. Известно, что нейронные связи не остаются неизменными — они формируются, исчезают и перестраиваются на протяжении всей жизни. Однако до сих пор считалось, что именно прочные синаптические связи являются основой долговременной памяти.
Чтобы проверить эту гипотезу, ученые из Института науки и технологий Окинавы использовали необычную модель. Они ввели мышей в состояние искусственной спячки — торпора, при котором температура тела и обмен веществ значительно снижаются. Такое состояние сопровождается масштабной перестройкой мозга и потерей большого количества синапсов в гиппокампе — области, отвечающей за обучение и память.
Перед экспериментом мышей обучили нескольким заданиям. Одни животные запоминали расположение выхода в лабиринте, другие учились избегать места, где ранее получали слабый электрический разряд. После выхода из искусственной спячки исследователи вновь проверили память животных.
Справка «Известий»Результат оказался неожиданным. Несмотря на то что в гиппокампе исчезло более половины синаптических связей, мыши по-прежнему помнили дорогу в лабиринте и избегали опасного участка. Иными словами, столь масштабная перестройка мозга не привела к потере уже сформированных воспоминаний.
Для сравнения ученые создали контрольную группу, у которой похожую потерю синапсов вызвали при помощи анестезии и химических веществ. В этом случае память животных действительно ухудшилась. Именно различия между двумя группами и заставили исследователей предположить, что во время естественной перестройки мозга существуют механизмы, защищающие воспоминания.
Не отдельные нейроны, а вся сеть: какую теорию памяти поставили под сомнение
Полученные результаты ставят под вопрос одну из самых распространенных моделей хранения памяти. Согласно классическим представлениям, воспоминания закрепляются благодаря усилению отдельных синаптических связей между нейронами. Если значительная часть этих соединений исчезает, память должна ослабевать.
Однако исследование показало иную картину: несмотря на потерю большого числа синапсов, общая организация нейронной сети оставалась относительно стабильной. Исследователи пришли к выводу, что долговременные воспоминания могут зависеть не столько от отдельных соединений, сколько от структуры всей сети.
Особое внимание ученые обратили на так называемые синаптические узлы (synaptic hubs) — участки, где один нейрон соединяется сразу с несколькими другими или где рядом располагаются группы дендритных шипиков. Именно эти структуры чаще сохранялись после искусственной спячки и могли служить своеобразным «каркасом», вокруг которого мозг восстанавливал утраченные связи.
Авторы работы предполагают, что память может храниться не в отдельных нейронах и даже не в конкретных синапсах, а в общей топологической архитектуре нейронной сети. Иными словами, важным оказывается не каждая связь по отдельности, а то, как организована вся система взаимодействия клеток мозга. При этом сами исследователи подчеркивают, что работа не опровергает существующие представления о роли синапсов. Скорее, она показывает, что механизмы формирования и хранения воспоминаний могут быть значительно сложнее, чем считалось ранее.
От болезни Альцгеймера до искусственного интеллекта: зачем нужно это открытие
Пока выводы исследования относятся только к лабораторным мышам, поэтому напрямую переносить их на человека нельзя. Если гипотеза подтвердится в дальнейших исследованиях, она может изменить подход к изучению болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний, при которых постепенно разрушаются нейронные связи. Возможно, ключевую роль играет не количество сохранившихся синапсов, а способность мозга поддерживать общую организацию нейронной сети.
Авторы также отмечают, что принципы устойчивой организации нейронных сетей могут оказаться полезными далеко за пределами нейробиологии. По их мнению, понимание того, как мозг сохраняет информацию, несмотря на постоянную перестройку, способно помочь при разработке новых методов хранения данных и более устойчивых систем искусственного интеллекта.
Исследование не дает окончательного ответа на вопрос, как именно мозг хранит воспоминания. Однако оно показывает, что память, вероятно, гораздо устойчивее к изменениям, чем предполагалось ранее. Если эта концепция подтвердится в будущих работах, ученым, возможно, придется пересмотреть один из фундаментальных принципов современной нейробиологии.