Нейроны, хранящие абстрактные представления о прошлом опыте, активируются, когда происходит новое подобное событие.
Представьте, что вы встречаетесь с другом за ужином в новом ресторане. Вы сможете попробовать блюда, которых раньше не пробовали, и ваше окружение будет для вас совершенно новым.
Однако ваш мозг знает, что у вас был подобный опыт - просмотр меню, заказ закусок и трата денег на десерт - все это вы, вероятно, делали, обедая вне дома.
Нейробиологи Массачусетского технологического института определили популяции клеток, которые кодируют каждый из этих отличительных сегментов общего опыта. Эти фрагменты памяти, хранящиеся в гиппокампе, активируются всякий раз, когда происходит подобный опыт, и отличаются от нейронного кода, который хранит подробные воспоминания об определенном месте.
Исследователи считают, что такого рода «код событий», обнаруженный ими в исследовании на мышах, может помочь мозгу интерпретировать новые ситуации и узнавать новую информацию, используя одни и те же клетки для представления схожих переживаний.
«Когда вы сталкиваетесь с чем-то новым, появляются действительно новые и заметные стимулы, но вы уже довольно много знаете об этом конкретном переживании, потому что оно похоже на то, что у вас уже было раньше. », - говорит Сусуму Тонегава, профессор биологии и неврологии в Лаборатории генетики нейронных цепей RIKEN-MIT Института обучения и памяти Пиковера Массачусетского технологического института.
Tonegawa - старший автор исследования, опубликованного сегодня в журнале Nature Neuroscience. Чен Сунь, аспирант Массачусетского технологического института, является ведущим автором статьи. Авторами статьи также являются аспирант Нью-Йоркского университета Ваннан Янг и технический сотрудник Института Пикауэра Джаред Мартин.
Абстракция кодирования
Хорошо известно, что определенные клетки гиппокампа мозга специализируются на хранении воспоминаний об определенных местах. Исследования на мышах показали, что в гиппокампе нейроны, называемые клетками места, возбуждаются, когда животные находятся в определенном месте или даже если они видят это место во сне.
В новом исследовании команда Массачусетского технологического института хотела выяснить, хранит ли гиппокамп также представления более абстрактных элементов памяти. То есть вместо того, чтобы срабатывать всякий раз, когда вы входите в определенный ресторан, такие ячейки могут кодировать «десерт», независимо от того, где вы его едите.
Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи измерили активность нейронов области СА1 гиппокампа мышей, когда мыши многократно пробегали лабиринт из четырех кругов. В конце каждого четвертого круга мышам давали вознаграждение. Как и ожидалось, исследователи нашли место для клеток, которые загорались, когда мыши достигали определенных точек на дорожке. Однако исследователи также обнаружили наборы клеток, которые были активны в течение одного из четырех кругов, но не были активны в остальных. Около 30% нейронов СА1 участвуют в создании этого «кода события».
«Это дало нам первоначальное представление о том, что помимо кода для пространства, клетки гиппокампа также заботятся об этом дискретном фрагменте опыта, называемом кругом 1, или дискретном фрагменте опыта, называемом кругом 2, или кругом 2». 3 или 4 круг», - говорит Сан.
Для дальнейшего изучения этой идеи исследователи научили мышей проходить квадратный лабиринт в первый день, а затем круговой лабиринт во второй день, в котором они также получали вознаграждение после каждого четвертого круга. Они обнаружили, что клетки места изменили свою активность, отражая новую среду. Однако одни и те же наборы клеток, специфичных для круга, активировались во время каждого из четырех кругов, независимо от формы дорожки. Активность клеток, кодирующих круги, также оставалась неизменной, когда круги произвольно укорачивались или удлинялись.
«Даже в новых пространственных местоположениях ячейки по-прежнему сохраняют свое кодирование номера круга, предполагая, что ячейки, которые кодировали квадратный круг 1, теперь были переведены в код кругового круга 1, » Солнце говорит.
Исследователи также показали, что, если бы они использовали оптогенетику для подавления сенсорного ввода из части мозга, называемой медиальной энторинальной корой (MEC), кодирование lap не происходило. Теперь они изучают, какие входные данные обеспечивает область MEC, чтобы помочь гиппокампу создавать воспоминания, состоящие из фрагментов опыта.
Два разных кода
Эти результаты показывают, что каждый раз, когда вы обедаете, активируются одни и те же клетки памяти, независимо от того, где и что вы едите. Исследователи предполагают, что гиппокамп содержит «два взаимно и независимо управляемых кода», говорит Сан. Один кодирует непрерывные изменения местоположения, времени и сенсорной информации, а другой разделяет общее впечатление на более мелкие фрагменты, соответствующие известным категориям, таким как закуски и десерты.
«Мы считаем, что оба типа кодов гиппокампа полезны и оба важны», - говорит Тонегава. «Если мы хотим запомнить все детали того, что происходило в конкретном опыте, ежеминутно происходящие изменения, то непрерывный мониторинг эффективен. Но, с другой стороны, когда у нас есть более длительный опыт, если вы разбиваете его на части и помните абстрактный порядок абстрактных частей, это более эффективно, чем мониторинг этого длительного процесса непрерывных изменений».
Новые результаты Массачусетского технологического института «значительно расширяют наши знания о функции гиппокампа», - говорит Джорджи Бужаки, профессор неврологии Медицинской школы Нью-Йоркского университета, который не был частью исследовательской группы.
«Эти результаты важны, потому что они говорят нам, что гиппокамп делает гораздо больше, чем просто «представляет» пространство или интегрирует пути в непрерывное долгое путешествие», - говорит Бузаки.«Из этих замечательных результатов Тонегава и его коллеги пришли к выводу, что они открыли «код событий», предназначенный для организации опыта посредством событий, и что этот код не зависит от пространственных и временных репрезентаций, то есть от работы, также приписываемой гиппокампу».
Tonegawa и Sun считают, что сети клеток, которые кодируют фрагменты опыта, также могут быть полезны для типа обучения, называемого трансферным обучением, которое позволяет вам применять уже имеющиеся знания, чтобы помочь вам интерпретировать новый опыт или узнать новые вещи. Лаборатория Тонегавы сейчас работает над поиском клеточных популяций, которые могли бы кодировать эти конкретные знания.
Исследование финансировалось Центром исследований мозга RIKEN, Медицинским институтом Говарда Хьюза и Фондом JPB.
Перепечатано с разрешения MIT News. Прочтите исходную статью.