Исследования показывают, что забыние может быть естественным, запоминание занимает работу

Когда животное Учимся ориентироваться в новой средеОпределенные клетки мозга начинают реагировать в определенных местах. Эти нейроны уже давно рассматривались как ключ к тому, как образуются пространственные воспоминания. Как только память установлена, она часто предполагается, что она стабильна.

Но новое исследование в Nature Neuroscience бросил вызов этой точке зрения. Исследователи отслеживали более 2500 нейронов у мышей, которые участвовали в виртуальном треке для вознаграждения. Они обнаружили, что даже самые стабильные сигналы памяти были реконструированы ежедневно с помощью пластичности, своего рода перемешивания нейронов.

«Это было действительно удивительно», – сказал первый автор исследования Сачина Вайдья, доцент Медицинского колледжа Бейлора, штат Техас. «Память не может быть зафиксирована с помощью длительной синаптической прочности, но вместо этого может полагаться на несколько стабильных синапсов, которые каждый день повторно вызывают пластичность по сети».

Другими словами, мыши не просто получали память: они активно реконструировали ее.

«Это не переучивания», – сказала Вайдья. «Это механизм, который уравновешивает стабильность и гибкость, сохраняя ядро памяти, позволяя сети адаптироваться».

Это повторяет то, что некоторые ученые давно подозревали.

«Несмотря на то, что место может оставаться прежним, время всегда движется вперед», – сказал поведенческий нейробиолог Трейси Шорс из Университета Рутгерса. «Каждый раз, когда вы размышляете о опыте, время продвигается, и поэтому эта память, по крайней мере частично, также новой».

Посмотрите, как они бегают

Чтобы понять, как со временем сохраняются воспоминания, исследователи обучали мышей работать на виртуальной дорожке. Мыши стояли на небольшой платформе и просмотрели движущуюся визуальную сцену, чтобы имитировать движение вперед. Достигнув конца принесло им вознаграждение. В течение нескольких дней мыши научились предвидеть награду и бегали более надежно.

Когда они бежали, ученые контролировали активность в сотнях отдельных нейронов в области гиппокампа под названием CA1, что помогает животным отслеживать их местоположение в космосе. Используя двухфотонную визуализацию кальция, команда записала один и тот же набор ячеек в течение нескольких дней.

Они сосредоточились на типе сигнала, называемого полем места, где ячейка становится активной в определенном месте. Эти «теги GPS» в мозге считаются ключевыми показателями пространственной памяти. В исследовании команда определила место для мест, которые сохранялись в течение многих дней – вида, обычно принимаемые как признаки стабильности памяти.

Отслеживая одни и те же ячейки с течением времени, они спросили: оставались ли эти пространственные сигналы стабильными или переключались со временем?

Стабильность, которая не статична

По мере продвижения тренировок больше сформировалось больше нейронов, надежно стреляя в конкретные места на виртуальной дорожке. Эти модели предположили, что сформировалась пространственная память.

Некоторые поля места появились кратко, а затем исчезли, в то время как другие оставались активными в последовательных местах. Эти более длительные паттерны обычно интерпретировались как свидетельство стабильной следов памяти. Команда сосредоточилась на этих более настойчивых моделях.

Они искали признаки механизма пластичности, называемого поведенческой синаптической пластичностью. Это немного похоже на то, как наметить память: когда нейрон получает сильный вклад, он снимает всплеск активности, которая оставляет длительный знак. Это появилось как внезапный прыжок в активности в новом месте, за которым последовал продолжение стрельбы.

Поразительно, что даже нейроны со стабильными полями по поведенческому масштабе поведенческого масштаба времени синаптической пластичности на одном и том же месте на следующий день. Другими словами, стабильность не была статичной: она была перестроена через новые события пластичности.

Эти реактивации часто происходили в том же месте и были более вероятны в клетках, активных накануне. Со временем клетки с предыдущей активностью становились все более вероятными, предполагая, что стабильность памяти появилась из -за повторного рекрутирования.

Но что ознаменовало определенные синапсы как «стабильные»?

Sourav Banerjee, нейробиолог и профессор Национального исследовательского центра мозга в Manesar, указал на длинные некодирующие РНК (LNCRNAS), молекулы, которые не производят белки, но помогают регулировать активность генов на определенных сайтах.

«Наша лаборатория нашла LNCRNA в синапсах CA1, которая, по -видимому, делает именно это», – объяснил Банерджи. «Когда мы выбили его, используя синапс-нацеленную CRISPR [the gene-editing tool]Эти синапсы потеряли активность, а животное показало четкий дефицит памяти ».

У мышей произошла реактивация, хотя память оставалась прежней. Открытие свидетельствует о том, что некоторые клетки мозга, возможно, потребуются повторно повторно вторгнуться, чтобы сохранить память активной.

Каждый раз, когда мы вспоминаем память, мозг может реконструировать его заново.

«Наша рабочая идея заключается в том, что стабильные синапсы делают более вероятную реактивацию местных клеток», – сказала Вайдья. «Но пластичность вероятностная. Ячейка может какое-то время замолчать и все еще вновь появиться позже. Это может быть, как долгосрочная память проходит, несмотря на временные провалы в активности».

Чтобы проверить, может ли такая вероятностная реактивация – то есть, как вероятно, нейрон снова стрелять – объяснить, что они видят, исследователи обратились к моделированию.

Память как вероятность, а не постоянство

Исследователи смоделировали три модели. Один из них предположил, что нейрон остался активным навсегда, как только он стал активным, как гравированная трасса. Другой обработал активность нейронов как случайную, включающую или выключающуюся ежедневно без памяти о прошлых состояниях. Третий, называемый каскадной моделью, стала более вероятной реактивацией с большей вероятностью каждый раз, что позволяет постепенно строить стабильность с течением времени.

Только каскадная модель соответствовала реальным данным мозга, по словам исследователей, захватывающих как рост стабильных ячеек, так и их последовательный стрельба в течение дней. Это повторило концепцию, называемую метапластичностью, где прошлая активность нейрона с большей вероятностью снова изменится.

«Я всегда задавался вопросом, могут ли стабильные формы пластичности, такие как длительное укрепление синаптического, объяснить динамический характер воспоминаний», – сказал Шорс из Университета Рутгерса. «Более динамичная форма, эта метапластичность, кажется, необходима».

То есть память не может быть фиксированной или случайной, но формироваться опытом и поддерживаться на практике.

Когда реактивация не происходит

Исследование мыши подняло другой вопрос: что происходит, когда реактивация не удается или когда мозг активно демонтирует память?

Еще одно новое исследование, опубликованное в Текущая биологияповернувшись к фруктовым мухам, чтобы точно исследовать это, раскрывая, как кратковременная следов памяти может измениться, а затем исчезнуть, если это не поддерживается.

В фруктовых мухах исследователи из Университета Цинхуа в Пекине изучили ассоциативную память, сформированную после задачи сахара. Сразу после тренировки сигнал появился в синапсе между нейронами, которые обрабатывают вознаграждение, но исчезали в течение часа. Между тем, в другой области мозга появился второй сигнал, включающий новый набор соединений.

Исследователи назвали это сдвигом трассировки, потому что память переместилась с одного сайта в теле в другой. В последнем нейроны начали образовывать свежие активные зоны, структуры, где высвобождаются нейротрансмиттеры. Но эти новые зоны не продлились. Как будто мозг открыл второй склад памяти и отметил его для сноса. Молекулы, такие как Rac1 и Ephrin, действовали как мастера, инструктируя удаление новых активных зон и демонтируя вторую трассу. Когда эти молекулярные экипажи сноса были заблокированы, память задержалась гораздо дольше.

Существуют ли подобные механизмы забывающих у млекопитающих? Банерджи сказал да. В одном исследовании, в котором он был частью, исследователи обнаружили, что удаление специфической LNCRNA в инфрамбической коре нарушает исчезновение страха даже после повторного воздействия.

Его команда также обнаружила метаболическую связь: LNCRNA, которая регулировала выработку АТФ в синапсах гиппокампа.

«Проблейте сон, теряет энергию, и трассировка рухнет», – сказал Банерджи. «Это показывает, как молекулярные и метаболические факторы могут напрямую влиять на то, исчезает ли память или сохраняется».

Вместо пассивного распада, исследование Fly описало, что забывало, как организованный многоэтапный процесс, запускаемый после того, как память перемещается на сайт, помеченный для удаления.

Результаты Банерджи предложили параллели млекопитающих: что забывание также является активным и регулируемым процессом, хотя и более нюансированным и сложным.

«RAC и Ephrin действительно влияют на форму синапсов, и это может сделать их менее стабильными», – сказал Банерджи. «Но я не думаю, что эти молекулы только объясняют, какой сдвиг памяти, который мы видели в мух. Этот уровень изменений, вероятно, больше зависит от того, как группы нейронов ведут себя вместе вместе, чем только от того, что происходит в отдельных связях. Мы еще не совсем там, связываем эти общепринятые схемы с молекулярными деталями-но здесь нам нужно идти».

Когда память сохраняется или нет

Мы часто думаем о воспоминаниях как о статиках: что -то заложено и готово к вспомнению. Но то, что происходит после форм памяти, может быть таким же важным, как и то, как она образуется.

«Существует сильная аналогия с расстоянием и массированным обучением», – сказал Банерджи. «Подумайте о двух учениках: одно исследование постоянно месяцами, другое втискивается накануне вечером. Первое обычно лучше, потому что повторное воздействие помогает заблокировать память. В мозге мы делаем нечто подобное. Сражение обучение повторно включает одни и те же синапсы».

Широко поддерживающая теория того, как это работает, называется реконструкцией схемы.

«Идея состоит в том, что повторная активация не просто усиливает связь, она запускает молекулярные изменения, которые помогают ее стабилизировать», – сказал Банерджи. «Новые белки изготавливаются в активных синапсах, которые сигнализируют о ядре и активируют синтез белка. Позже другие синапсы могут« захватить »эти белки и стать сильнее. Этот двухэтапный процесс заключается в том, как мимолетная активность становится долговечной памятью».

У мышей следы памяти возвращались в одно и то же место в течение многих дней обучения, но только при активном перестройке. В мухах краткосрочные воспоминания изменились и были демонтированы, если не сохранились. Вместе исследования показывают, что память динамична: восстановлена при необходимости, отпустите, когда это не так.

Этот вид гибкости намекает на более глубокую функцию.

«Цель памяти – не вспоминая о прошлом», – сказал Шорс. «Мы используем воспоминания, чтобы узнать, что мы должны делать сейчас и в будущем».

С этой точки зрения, память – не менее запись, чем репетиция, которая настраивает разум, чтобы действовать.

Несмотря на различия в видах, областях мозга и типах памяти, оба исследования указывают на провокационную идею: память не является статическим отпечатками, которые по умолчанию. Это живой процесс: перестроенный, усиленный и активно защищенный от распада, от молекулярного уровня до масштаба целых нейронных цепей.

Anirban Mukhopadhyay – генетик от обучения и научного коммуникатора из Дели.