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:
- Сначала след памяти формируется в гиппокампе.
- Camta1 помогает этому следу «удержаться» на первых этапах.
- Позже включается Tcf4, поддерживая структурные связи и стабилизируя трек памяти.
- 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.