Учёные раскрыли, как мозг решает, какие воспоминания сохранить

Учёные из Университета Рокфеллера показали, что долговременные воспоминания формируются не одним «переключателем», а целой каскадной системой молекулярных «таймеров», которые поэтапно работают в разных зонах мозга.

Работа опубликована в журнале Nature.

Классическая модель памяти долгое время сводилась к дуэту:

• гиппокамп — краткосрочная память,
• кора — долговременная.

Предполагалось, что существуют некие «молекулы-переключатели»: если след памяти «включён» на долгосрочное хранение, он остаётся таким надолго. Но эта схема не объясняла, почему одни воспоминания живут неделями, а другие — всю жизнь.

Новая работа показывает: сохранность памяти регулируется последовательными генетическими программами, которые включаются и выключаются в определённые моменты и в разных отделах мозга — как серия таймеров с разной длительностью.

Чтобы проследить «жизнь» воспоминания, команда создала поведенческую модель на мышах в виртуальной реальности:

• мышей помещали в VR-среду с разными контекстами (обстановкой),
• одни эпизоды многократно повторяли, другие — реже,
• так формировались воспоминания разной «важности» и стойкости.

Затем исследователи:

• отслеживали активность различных зон мозга,
• применили CRISPR-скрининг, чтобы точечно «выключать» гены в таламусе и передней поясной коре и смотреть, как это влияет на длительность памяти.

Ключевой вывод: некоторые молекулы не нужны для формирования памяти, но критически важны для её сохранения.

Учёные выделили три важных регулятора:

• Camta1 и Tcf4 — в таламусе;
• Ash1l — в передней поясной коре.

Согласно модели:

1. Сначала след памяти формируется в гиппокампе.
2. Camta1 помогает этому следу «удержаться» на первых этапах.
3. Позже включается Tcf4, поддерживая структурные связи и стабилизируя трек памяти.
4. Затем Ash1l запускает программы перестройки хроматина — и память становится более устойчивой и долговременной.

Если «продвинуть» воспоминание дальше по этой цепочке таймеров не удаётся, оно с высокой вероятностью быстро стирается.

Разрыв работы Camta1 и Tcf4 нарушал связи между таламусом и корой и приводил к потере уже сформированной памяти.

Интересно, что Ash1l связан с семейством гистон-метилтрансфераз, которые участвуют в «клеточной памяти» и в других системах:

• в иммунитете — для запоминания перенесённых инфекций,
• в развитии — чтобы клетка «помнила», что она, например, нейрон или мышечная клетка.

Мозг, по сути, использует универсальные механизмы «памяти клеток» для поддержки когнитивной памяти.

Новая модель памяти предполагает:

• решение «что хранить и как долго» — динамический процесс, а не разовый выбор;
• таламус играет роль центра принятия решений, который решает, какие воспоминания «продвинуть» дальше в кору для закрепления;
• стойкость памяти — результат работы нескольких молекулярных программ, развернутых во времени.

Авторы предполагают, что понимание этих путей может пригодиться при:

• болезнях типа болезни Альцгеймера,
• других нарушениях памяти и когнитивного снижения.

Если известно, какие «вторые и третьи» узлы участвуют в консолидации памяти, возможно, в будущем удастся обойти повреждённые области и активировать альтернативные пути сохранения воспоминаний.