Когда мы слышим визг автомобильных тормозов, внутри всё у нас инстинктивно сжимается в ожидании звука столкновения. Понятно, что в нашей памяти хранится и звук тормозов, и звук столкновения, но этого мало: наш мозг как-то помнит, что одно предшествует другому, что эти два события связаны неким временным интервалом. Такое представление о последовательности, о времени — один из важнейших компонентов памяти; всю событийную, эпизодическую память можно описать тремя словами: что, где и когда. Но как этот параметр записывается в память? Как мозг ставит на событиях временные вехи?

За координацию «что», «где» и «когда», в мозге отвечает гиппокамп — один из главных центров памяти вообще. При формировании эпизодической памяти гиппокамп связывается с энторинальной корой, которая служит для него сенсорным «хабом», направляя в него визуальную, слуховую и тому подобную информацию. О том, как предмет связывается с пространством, как «что» контактирует с «где», учёные успели узнать довольно много: тут задействованы так называемые нейроны места, которые включаются, когда индивидуум попадает в то или иное место и когда его вспоминает. Но вот насчёт временной связи в памяти в наших знаниях оставался большой пробел.


Ответить на этот вопрос попытались исследователи из Массачусетского технологического института (США). Судзуми Тонегаве (Susumu Tonegawa) и его коллегам удалось найти специальную нейронную цепочку, которая обеспечивает временную связь между двумя эпизодами. Эксперименты ставились на мышах: животных учили бояться звукового сигнала, который был предвестником удара электрическим током, следовавшим через 20 секунд после сигнала. Эта нейронная цепь связывает СА1-область гиппокампа с одним из слоёв энторинальной коры, и три года назад учёным удалось показать, что если эту цепь разорвать, то мыши так и не научатся бояться звука, то есть связь между звуком и электрошоком у них не возникнет.

В новой статье, опубликованной в Science, группа г-на Тонегавы описывает новую нейронную цепь, которая тормозит работу предыдущей, связывающей энторинальную кору с гиппокампом. Тормозящая цепь начинается с особых нейронов, которые образуют островки в одном из слоёв энторинальной коры (клетки эти были названы островковыми, и до сих пор на них опять же никто не обращал внимания). Эти островковые клетки посылают сигнал в ту же СА1-область гиппокампа, что и первая цепь, но «островковый» сигнал оказывается тормозящим, и те нейроны в СА1, которые возбуждались от первой цепи, от второй, наоборот, успокаиваются.

С помощью оптогенетических методов учёные показали, как эти две нервные цепочки взаимодействуют. В норме у мышей максимальный временной промежуток между событиями равнялся 20 секундам: если второе событие случалось позже, то взаимосвязи между первым и вторым не возникало. Однако исследователям удалось искусственно увеличить этот промежуток, стимулируя тот слой энторинальной коры, из которого в гиппокамп шла возбуждающая нейронная цепь, или подавляя активность того слоя, из которого выходила тормозящая цепь. И наоборот: временной промежуток между событиями можно было уменьшить, простимулировав подавляющую цепь и подавив активирующую.

То есть эти две цепочки вместе определяют временное окно, в котором два события могут быть связаны друг с другом. Чем дольше активна СА1-область гиппокампа, тем выше вероятность, что последовательная связь образуется с одним, другим, третьим событием. Понятно, какие неприятности могут нас ждать, если перестимулированный гиппокамп начнёт видеть взаимосвязанную последовательность между всеми эпизодами, которые в него попадают (хотя у некоторых людей, надо заметить, всё именно так и происходит: у них всё, знаете ли, взаимосвязано). И вторая (тормозящая) цепь служит тут необходимым ограничителем.

Заметим, однако, что этот феномен исследовался на примере довольно простых сенсорных восприятий вроде «Мы видим молнию, потом слышим гром». Но последовательность памяти складывается из разных кусков, больших и малых: мы же помним, например, что за зимой наступает весна и что после школы мы пошли в институт. Возможно, для осмысления последовательности таких блоков информации в мозге существуют какие-то дополнительные системы (хотя они могут строиться на базе этих же цепочек, которые мы описали выше).

Напоследок добавим, что нобелевский лауреат Судзуми Тонегава, который работает ещё и в японском Институте физико-химических исследований RIKEN, не в первый раз возникает в наших новостях: не так давно мы сообщали о нейромолекулярной модели шизофрении, с помощью которой г-н Тонегава и его группа попробовали связать воедино многочисленные симптомы этой болезни.

Подготовлено по материалам MIT News. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.