Запомнить всё: нейробиологи выяснили, как наш мозг сохраняет новые воспоминания без ущерба для старых

Группа нейробиологов из Корнеллского университета в Итаке (штат Нью-Йорк, США) обнаружила механизм, с помощью которого мозг во время сна раздельно обрабатывает новые и старые воспоминания, что позволяет избегать их смешивания, чреватого катастрофическими последствиями. Статья, посвященная этому исследованию, была опубликована в журнале Nature.

Ученым давно известно, что во сне мозг людей и других живых существ обрабатывает недавно полученную информацию: свежий опыт как бы «проигрывается» в голове заново с участием тех же нейронов, которые были активны во время его получения. Таким образом новая информация превращается в полноценное воспоминание, готовое к длительному хранению в недрах памяти. Однако до сих пор оставалось неясным, как во время этого процесса мозг избегает смешивания самых свежих и предыдущих воспоминаний. Оказалось, что они обрабатываются в разных фазах сна. Так происходит у мышей, но, скорее всего, тот же давно сформировавшийся в процессе эволюции механизм действует и у других животных, включая человека.

Во время некоторых фаз сна глаза мышей немного приоткрываются, что облегчило задачу американских нейробиологов. Они обратили внимание, что во время глубокой фазы сна зрачки подопытных грызунов циклично сужаются и расширяются примерно раз в одну минуту. При этом мониторинг мозговой активности показал, что нейроны в мозге животных активно обрабатывали свежие воспоминания в субфазе узкого зрачка.

Предположив, что это совпадение неслучайно, исследователи прибегли к технологиям оптогенетики, которые позволяют при помощи света «включать» или «выключать» генетически модифицированные нейроны мозга. Сперва они обучили мышь, прошедшую такую «модификацию» нейронов, безошибочно находить сладкое угощение на специальной платформе. Когда грызун засыпал вскоре после этой тренировки, нейробиологи «отключали» участвовавшие в накоплении и обработке свежего опыта нейроны во время обеих субфаз глубокого сна.

Если активность нейронов подавлялась в субфазе узкого зрачка, то после пробуждения мышь не помнила, где находится угощение, тогда как подавление в субфазе широкого зрачка не сказывалось на ее свежих воспоминаниях — зверек уверенно шел к награде по знакомому пути. Дальнейшие эксперименты показали, что в субфазе широкого зрачка мозг обрабатывает более ранние воспоминания. В случае мыши речь идет об опыте, полученном в предшествующие дни.

Это исследование расширяет наши представления о том, как работают механизмы, отвечающие за формирование воспоминаний. При этом открытие может пригодиться и создателям нейросетей. Дело в том, что эти алгоритмы, усваивающие информацию по образу и подобию человеческого мозга, часто сталкиваются с проблемой «катастрофического забывания» — получая новый массив данных, нейросеть перестает адекватно обрабатывать усвоенную ранее информацию. У разработчиков нейросетей есть свои решения этой проблемы, но, возможно, им будет полезна находка американских исследователей.

О том, как и зачем крохотные бурозубки ежегодно теряют четверть массы мозга, а потом восстанавливают его, мы рассказывали здесь.