В исследовании под руководством Cedars-Sinai исследователи обнаружили два типа клеток мозга, которые играют ключевую роль в разделении непрерывного человеческого опыта на отдельные сегменты, которые можно вспомнить позже. Открытие дает новые перспективы в качестве пути к разработке новых методов лечения нарушений памяти, таких как деменция и болезнь Альцгеймера.
Исследование, являющееся частью межведомственного консорциума BRAIN Initiative , финансируемого Национальными институтами здравоохранения и возглавляемого Cedars-Sinai, было опубликовано в рецензируемом журнале Nature Neuroscience . Доктор медицины, профессор нейрохирургии, неврологии и биомедицинских наук в Cedars-Sinai, и его коллеги изучили, как клетки мозга реагируют на формирование воспоминаний.
«Одна из причин, по которой мы не можем предложить существенную помощь человеку, страдающему от расстройства памяти, заключается в том, что мы недостаточно знаем о том, как работает система памяти», — сказал Рутисхаузер, старший автор исследования, добавив, что память является основополагающей. нам как людям.
Человеческий опыт непрерывен, но психологи, основываясь на наблюдениях за поведением людей, считают, что память разделяется мозгом на отдельные события. Эта концепция известна как сегментация событий. Работая с 19 пациентами с лекарственно-устойчивой эпилепсией, Рутисхаузер и его команда смогли изучить, как работают нейроны во время этого процесса.
Пациентам, участвовавшим в исследовании, хирургическим путем в мозг вставляли электроды, чтобы помочь определить очаг их эпилептических припадков, что позволило исследователям записывать активность отдельных нейронов, в то время как пациенты просматривали видеоклипы, которые включали когнитивные границы.
Хотя эти границы в повседневной жизни имеют нюансы, в исследовательских целях исследователи сосредоточились на «жестких» и «мягких» границах.
«Примером мягкой границы может быть сцена, в которой два человека идут по коридору и разговаривают, а в следующей сцене к ним присоединяется третий человек, но это все еще часть одного и того же общего повествования», — сказал Рутисхаузер, исполняющий обязанности режиссера. Центра неврологических наук и медицины и Председателя Совета управляющих по нейронаукам в Cedars-Sinai.
В случае жесткой границы вторая сцена может включать совершенно другую группу людей, едущих в машине. «Разница между жесткими и мягкими границами заключается в размере отклонения от продолжающегося повествования», — сказал Рутисхаузер. «Это совсем другая история или новая сцена из той же истории?»
Когда участники исследования смотрели видеоклипы, исследователи отметили, что определенные нейроны в мозге, которые они назвали «пограничными клетками», увеличивали свою активность как после жестких, так и после мягких границ. Другая группа нейронов, названная «событийными клетками», повышала свою активность только в ответ на жесткие, но не на мягкие границы.
Рутисхаузер и его коллеги предполагают, что пики активности пограничных и событийных клеток, которые достигают наивысшего уровня после жестких границ, когда активируются оба типа клеток, переводят мозг в надлежащее состояние для инициирования новой памяти.
«Пограничный ответ похож на создание новой папки на вашем компьютере», — сказал Рутисхаузер. «Тогда вы можете поместить туда файлы. А когда появится другая граница, вы закроете первую папку и создадите другую».
Для извлечения воспоминаний мозг использует граничные пики как то, что Рутисхаузер называет «якорями для мысленного путешествия во времени».
«Когда вы пытаетесь что-то вспомнить, клетки мозга активизируются», — сказал Рутисхаузер. «Затем система памяти сравнивает этот паттерн активности со всеми предыдущими пиками возбуждения, которые произошли вскоре после границы. Если она находит похожий, она открывает эту папку. Вы возвращаетесь на несколько секунд к этому моменту времени, и то, что произошло, затем становится в центре внимания».
Чтобы проверить свою теорию, исследователи дали участникам два теста на память.
Сначала они показывали участникам серию неподвижных изображений и спрашивали их, видели ли они их в просматриваемых видеоклипах. Участники исследования с большей вероятностью запоминали изображения, которые близко следовали за жесткой или мягкой границей, когда создавалась новая «папка памяти».
Исследователи также показывали участникам пары изображений из видеоклипов, которые они смотрели, и спрашивали, какое из изображений появилось первым. Участникам было трудно запомнить правильный порядок изображений, которые появлялись по разные стороны жесткой границы, возможно, потому, что мозг разделил эти изображения на отдельные папки памяти.
Рутисхаузер сказал, что методы лечения, улучшающие сегментацию событий, могут помочь пациентам с нарушениями памяти. Он объяснил, что даже такая простая вещь, как изменение атмосферы, может усилить границы событий.
«Эффект контекста на самом деле довольно сильный», — сказал Рутисхаузер. «Если вы будете заниматься в новом месте, где вы никогда раньше не были, а не на своем диване, где все знакомо, вы создадите гораздо более сильную память о материале».
В исследовательскую группу входили научный сотрудник с докторской степенью Цзе Чжэн, доктор философии, и нейробиолог Габриэль Крейман, доктор философии, из Бостонской детской больницы; нейрохирург Тауфик А. Валианте, доктор медицинских наук, Университет Торонто; и Адам Мамелак, доктор медицинских наук, профессор нейрохирургии и директор программы функциональной нейрохирургии в Cedars-Sinai.
В последующих исследованиях команда планирует проверить теорию о том, что пограничные и событийные клетки активируют дофаминовые нейроны, когда они активируются, и что дофамин, химическое вещество, которое посылает сообщения между клетками, может использоваться в качестве терапии для усиления формирования памяти.
Рутисхаузер и его команда также отметили в ходе этого исследования, что, когда событийные клетки срабатывали в соответствии с одним из внутренних ритмов мозга, тета-ритмом — повторяющимся паттерном активности, связанной с обучением, памятью и навигацией, — испытуемые лучше запоминали порядок действий. образы, которые они видели. Это важное новое открытие, поскольку оно показывает, что глубокая стимуляция мозга, которая регулирует тета-ритмы, может оказаться терапевтической при нарушениях памяти.
«Считается, что тета-ритмы являются «временным клеем» для эпизодической памяти», — сказал Чжэн, первый автор исследования. «Мы думаем, что запуск событийных ячеек синхронно с тета-ритмом создает временные связи между разными папками памяти».