Как мозг учится: забывание оказалось важной частью формирования памяти

Ученые из Юго-Западного медицинского центра США провели эксперимент, результаты которого заставляют пересмотреть основы. Они выяснили, что когда мозг грызунов формирует воспоминание, в одной группе нейронов связи действительно крепчают, как и положено по классической теории. Но в другой, параллельной группе нейронов — связи, наоборот, слабеют. Получается, память — это не просто наращивание «мускулов», а тонкий баланс усиления и ослабления.

«Наше исследование ясно показывает: механизмы, лежащие в основе памяти в гиппокампе, не так просты, как мы думали. Тут работает не один лишь принцип «чем чаще, тем сильнее», — говорит соавтор работы Брэд Пфайффер. И это меняет всё.

Гиппокамп, эта изогнутая структура, напоминающая морского конька, давно известна как главный дирижёр памяти. Десятилетия экспериментов показывали: любой новый опыт заставляет нейроны гиппокампа обмениваться сигналами, а синапсы — места их контактов — становиться прочнее. Но, видимо, это была лишь половина правды.

Чтобы увидеть полную картину, ученые применили хитроумный инструмент под названием CaMPARI. Представьте себе молекулярный маячок, который заставляет нейроны светиться зеленым, пока они пассивны, и переключаться на красный, как только включаются в работу. Это как в реальном времени наблюдать, какие «лампочки» в огромном городе мозга загораются, когда крыса узнает что-то новое.

И вот опыт: крыса исследует дорожку, в конце которой её ждёт награда — шоколадное молоко. Потом учёные смотрят на её гиппокамп. Около трети нейронов светятся красным — они активировались во время обучения. Что дальше? А дальше — самое интересное.

Эти «красные» нейроны оказались почти поровну поделены на две физически разные популяции: поверхностные и глубокие (по их расположению в слоях гиппокампа). И когда исследователи изучили синапсы, их ждал сюрприз. Связи между активированными поверхностными нейронами действительно усилились — классический сценарий. Но вот связи между активированными глубокими нейронами — ослабли. Полная противоположность! И это подтвердили не только химические анализы, но и прямые измерения с помощью электродов, вживленных в мозг живых крыс.

Но и это еще не всё. Импульсы глубоких нейронов оказались не просто слабее — они были гораздо точнее, с меньшим разбросом. Похоже, эта популяция работает не на грубую силу, а на филигранную настройку.

«Ослабление связей между глубинными нейронами может быть не ошибкой, а важнейшей частью процесса, — объясняет соавтор Ленора Волк. — Представьте себе скульптора, который не только наращивает глину, но и отсекает лишнее. Так мозг «доводит» именно те нейронные ансамбли, которые наиболее важны для хранения воспоминания, убирая лишний шум».

Ученые планируют продолжить исследования, чтобы понять, как этот двойной механизм работает в здоровом мозге и как он ломается при нейродегенеративных и психических заболеваниях. Может быть, проблемы с памятью возникают не потому, что связи не укрепляются, а потому, что вовремя не ослабевают? Вопросов теперь гораздо больше, чем ответов, и это прекрасно.