Что происходит c мозгом, когда Вы предаетесь воспоминаниям?

Давайте что-нибудь вспомним: это может быть смутный «мысленный снимок» первой поездки на велосипеде или теорема Пифагора из школьного курса математики, или номер телефона, нацарапанный на салфетке, которая впоследствии оказалась в урне.

Какую бы форму ни приняли наши воспоминания, они в любом случае помогают определить, кто мы такие, и что значит быть человеком. В то время как ученые размышляли о памяти со времен Сократа, новые технологии помогли сегодняшним ученым узнать гораздо больше о нейронных и биологических механизмах, стоящих за нашими воспоминаниями.

Все эти прорывы привели к осознанию того факта, что наши воспоминания находятся в определенных кластерах клеток мозга. Некоторые ученые изучают, как люди хранят и извлекают воспоминания, перемещаясь в среде виртуальной реальности. Другие исследуют, каким образом такие эмоции, как страх, кодируются в мозге.

Это исследование – не просто теория для формирования результатов, которые будут храниться в архиве. Проекты нацелены на практическое применение, включая возможные методы лечения таких состояний, как болезнь Альцгеймера и посттравматическое стрессовое расстройство. И хотя многие знания о памяти до сих пор не получены, ответ на вопрос о том, как именно наш мозг формирует воспоминания, становится более понятным.

Понятие человеческой памяти не относится к чему-то конкретному. Этот термин является общим для множества воспоминаний, от названий цветов до полузабытых текстов песен. Итак, каковы же эти типы памяти?

Более ста лет назад ученые разделили память на краткосрочную и долгосрочную. Кратковременная память, иногда называемая рабочей памятью, это способность сохранять информацию или события из недавнего прошлого, но только в течение короткого времени, на несколько минут. Долгосрочная память подразумевает более длительное хранение информации.

В 1990-х годах ученые проанализировали снимки мозга с высоким разрешением и обнаружили, что мимолетные воспоминания зависят от степени возбуждения нейронов в префронтальной коре, передней части мозга, отвечающей за мышление. Нейробиолог и писатель Дин Бернетт утверждает, что эти воспоминания являются временными, и они не предназначены для длительного хранения, потому что постоянно меняются.

Он также добавляет, что, если вы держите что-то в мозгу достаточно долго, вы можете превратить это в долгосрочную память. Вот почему при желании можно запомнить даже телефонный номер из 10 и более цифр. Но если в мозг продолжает поступать слишком много информации, краткосрочная память перегружается, поэтому информация, поступившая в нее ранее, стирается, как при перегрузке флэшки.

В свою очередь, долговременная память - это сокровищница знаний, собранных на протяжении всей нашей жизни. В то время как кратковременные воспоминания поддерживаются всплесками нервной активности, долгосрочные воспоминания фактически формируют основу нашего мозга. При формировании долговременной памяти усиливаются связи между нейронами, известные как синапсы. В некоторых случаях создаются совершенно новые синапсы. И чем больше мы возвращаемся к воспоминаниям, активируя эти нервные пути, тем сильнее становятся связи. Как будто Вы вытаптываете свой путь через лес, чтобы создать хорошо протоптанную тропу.

Долговременная память также может принимать несколько различных форм. Например, неявные воспоминания являются основой для автоматического поведения, такого как завязывание шнурков или чистка зубов. Эти инстинктивные действия происходят в бессознательной части мозга. Вот почему люди с амнезией все еще могут делать эти вещи, даже если они не помнят, что делали их раньше.

Долгосрочные воспоминания, которые мы активно осознаем, известны как явные воспоминания. Они разделены между эпизодической и семантической памятью. Последний вариант описывает конкретные концептуальные знания, например, исторические даты. Эпизодическая память описывает события и переживания из Вашей собственной жизни. Семантическая память – знание о том, что Париж – столица Франции. Эпизодическая память - это воспоминание о том времени, когда человек поехал во Францию.

То, что мы делаем в жизни, оставляет следы, запечатленные в нашей памяти. Подобно тому, как Марсель Пруст впивается зубами в свою горячо любимую Мадлен, заставляя некогда забытые воспоминания из детства нахлынуть на него, следы воспоминаний могут вызвать яркие чувственные переживания прошлого.

Со времен Древней Греции ученые предполагали, что эти «остатки» могут даже изменить физический состав мозга. Но только на рубеже XX века стали появляться научные модели этого процесса. В 1904 году немецкий ученый Рихард Земон предположил, что эти следы, которые он назвал «энграммами памяти», представляют собой физические изменения в мозге после какого-либо события или переживания.

В то время не было технологии, позволяющей идентифицировать те клетки мозга, которые содержат энграмму для конкретной памяти. Именно так говорит Сусуму Тонегава, профессор биологии и нейробиологии Массачусетского технологического института и лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1987 года.

Прошло более 100 лет. В 2005 году, ученые начали использовать оптогенетику, метод стимуляции нейронов, которые генетически модифицированы, чтобы реагировать на импульсы синего света. С помощью этой новой технологии удалось локализовать и идентифицировать специфические нейроны, несущие энграммы памяти у животных.

В исследовании 2012 года Тонегава и эксперты из Массачусетского технологического института, а также Стэнфордского университета использовали оптогенетику, чтобы продемонстрировать, что наши следы памяти действительно живут в определенных кластерах клеток мозга.

В статье исследовательская группа описывает, как ее участники определили группу нейронов в гиппокампе, части мозга, участвующей в формировании долговременных воспоминаний, которые начинают срабатывать при определенных условиях. В данном случае ученые сделали это, заставив мышей изучать незнакомую клетку.

Если нанести слабые электрические удары по некоторым частям тела мышей, у них сразу же сформируется воспоминание, что эта клетка – страшное место. На следующий день, говорит Тонегава, когда мышей поместили в клетку, не подвергая их ударам, они продолжали бояться. Позже исследователи ввели грызунам белок, который может активировать клетки мозга и стали мигать мышам синим светом.

Затем, когда эксперты пронзили мышей импульсами света в совершенно другой среде, нейроны в гиппокампе, помеченные белком, пришли в действие, и мыши застыли на месте. Исследователи полагают, что животные мысленно возвращались к переживанию шока. Можно сказать, что помеченные нейроны теперь несут эти энграммы памяти. Другими словами, даже если память клетки стимулировалась искусственным путем, мыши все равно вспоминали то или иное событие.

Также не составляет труда идентифицировать энграммы, несущие нейроны, и маркировать их красителем, чтобы видеть их под микроскопом. Кроме того, можно легко манипулировать этими клетками и достаточно быстро оценивать результат. Тонегава надеется использовать эту технологию, чтобы узнать больше о биологических механизмах, лежащих в основе болезни Альцгеймера, и лечить эту болезнь на ранних стадиях. В нескольких исследованиях на людях даже до того, как расстройство мозга начинает атаковать гиппокамп, некоторые пациенты изо всех сил пытаются создать новые воспоминания.

Теперь Тонегава хочет выяснить, являются ли эти когнитивные сбои на стадии формирования болезни следствием неспособности формировать новые воспоминания, или же пациенты могут создавать новые воспоминания, но не извлекать их. Он указывает на исследования более ранних стадий болезни Альцгеймера на мышах. Их результаты утверждают, что воспоминания все еще формируются и оставляют физические следы, но не могут быть вызваны естественными сигналами. Правда, когда ученые использовали искусственные методы, такие как оптогенетика, чтобы реактивировать клетки, несущие энграммы памяти, говорит Тонегава, животные были способны прекрасно запоминать новые переживания.

По мнению редакции портала новостей «Центропресс», изучение механизмов памяти крайне важно для понимания работы мозга не только учеными, но и каждым человеком в отдельности, на бытовом уровне. Ведь чем лучше мы пониманием как работает наш организм, тем больше у нас возможностей контролировать свои эмоции и управлять своей жизнью в целом.