Почему некоторые воспоминания остаются на всю жизнь, а другие быстро исчезают?
Долговременные воспоминания формируются посредством многоуровневой серии молекулярных программ, которые постепенно укрепляют важные переживания, позволяя другим исчезать. Этот процесс зависит от скоординированной деятельности таламуса, коры головного мозга и связанных с ними генных регуляторов.
Каждый день мозг превращает мимолетные впечатления, творческие озарения и эмоциональные переживания в долговременные воспоминания, которые формируют нашу личность и определяют наши решения. Одним из центральных вопросов в нейробиологии является то, как мозг определяет, какие фрагменты информации стоит сохранить и как долго эти воспоминания должны оставаться.
Недавние исследования показывают, что долговременные воспоминания формируются посредством последовательности молекулярных механизмов синхронизации, которые активируются в разных частях мозга. Используя систему виртуальной реальности для изучения поведения мышей, ученые выявили регуляторные факторы, которые помогают переводить воспоминания в все более стабильное состояние или позволяют им полностью исчезать.
Исследование, опубликованное в журнале Nature, показывает, как несколько областей мозга работают вместе, чтобы реорганизовывать воспоминания с течением времени, с помощью контрольных точек, которые помогают оценить, насколько важно каждое воспоминание и как долго оно должно сохраняться.
«Это ключевое открытие, потому что оно объясняет, как мы регулируем долговечность воспоминаний», — говорит Прия Раджасетупати, руководитель лаборатории нейронной динамики и когнитивных функций Skoler Horbach Family Laboratory. «То, что мы выбираем для запоминания, — это непрерывно развивающийся процесс, а не однократное нажатие на переключатель».
Выход за рамки классической модели памяти
На протяжении многих лет исследователи уделяли основное внимание двум основным центрам памяти: гиппокампу, который отвечает за кратковременную память, и коре головного мозга, которая, как считалось, хранит долговременные воспоминания. Считалось, что эти долговременные воспоминания находятся за биологическими переключателями «вкл/выкл».
«Существующие модели памяти в мозге включали транзисторные молекулы памяти, которые действуют как переключатели «вкл/выкл», — говорит Раджасетупати.
Эта старая точка зрения предполагала, что как только память была отмечена для долгосрочного хранения, она сохранялась на неопределенный срок. Хотя эта концепция давала полезные идеи, она не объясняла, почему некоторые долговременные воспоминания сохраняются в течение нескольких недель, а другие остаются яркими на протяжении десятилетий.
Ключевой путь, связывающий кратковременную и долговременную память
В 2023 году Раджасетупати и его коллеги описали мозговую цепь, которая связывает системы кратковременной и долговременной памяти. Центральным элементом этого пути является таламус, который помогает определить, какие воспоминания следует сохранить, и направляет их в кору головного мозга для долговременной стабилизации.
Эти открытия открыли дверь к более глубоким вопросам: что происходит с воспоминаниями, когда они покидают гиппокамп, и какие молекулярные процессы определяют, станет ли воспоминание долговременным или исчезнет?
Эксперименты с виртуальной реальностью показывают стойкость памяти
Чтобы изучить эти механизмы, команда создала систему виртуальной реальности, которая позволяла мышам формировать определенные воспоминания. «Андреа Терсерос, постдокторант в моей лаборатории, создала элегантную поведенческую модель, которая позволила нам по-новому подойти к решению этой проблемы», — говорит Раджасетупати. «Изменяя частоту повторения определенных событий, мы смогли заставить мышей запоминать одни вещи лучше, чем другие, а затем изучить мозг, чтобы понять, какие механизмы связаны с устойчивостью памяти».
Одной корреляции было недостаточно для ответа на ключевые вопросы, поэтому соруководитель проекта Селин Чен создала платформу скрининга на основе CRISPR для изменения активности генов в таламусе и коре головного мозга. Этот подход показал, что удаление определенных молекул изменяло продолжительность воспоминаний, и каждая молекула действовала в своем собственном временном масштабе.
Временные программы определяют стабильность памяти
Результаты показывают, что долговременная память зависит не от одного переключателя «вкл/выкл», а от последовательности программ, регулирующих гены, которые разворачиваются как молекулярные таймеры по всему мозгу.
Ранние таймеры активируются быстро, но быстро исчезают, позволяя воспоминаниям исчезнуть. Поздние таймеры включаются более постепенно, давая важным переживаниям структурную поддержку, необходимую для их сохранения. В этом исследовании повторение служило заменителем важности, позволяя исследователям сравнивать часто повторяющиеся контексты с теми, которые встречались только изредка.
Команда выявила три регулятора транскрипции, необходимых для сохранения воспоминаний: Camta1 и Tcf4 в таламусе и Ash1l в передней поясной коре. Эти молекулы не требуются для формирования первоначальной памяти, но имеют решающее значение для ее сохранения. Нарушение работы Camta1 и Tcf4 ослабляло связи между таламусом и корой и вызывало потерю памяти.
Согласно модели, формирование памяти начинается в гиппокампе. Camta1 и его нижестоящие мишени помогают сохранить эту раннюю память в неизменном виде. Со временем Tcf4 и его мишени активируются, усиливая клеточную адгезию и структурную поддержку. Наконец, Ash1l способствует программам ремоделирования хроматина, которые укрепляют стабильность памяти.
«Если вы не продвигаете воспоминания на эти таймеры, мы считаем, что вы готовы быстро их забыть», — говорит Раджасетупати.
Общие механизмы памяти в биологии
Ash1l входит в семейство белков, известных как гистоновые метилтрансферазы, которые помогают поддерживать функции, подобные памяти, в других системах. «В иммунной системе эти молекулы помогают организму запоминать прошлые инфекции; во время развития те же молекулы помогают клеткам запоминать, что они стали нейронами или мышцами, и сохранять эту идентичность в долгосрочной перспективе», — говорит Раджасетупати. «Мозг может перепрофилировать эти повсеместные формы клеточной памяти для поддержки когнитивных воспоминаний».
Эти открытия в конечном итоге могут помочь исследователям бороться с заболеваниями, связанными с памятью. Раджасетупати предполагает, что, понимая генетические программы, которые сохраняют память, ученые могут перенаправить пути памяти вокруг поврежденных областей мозга при таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера. «Если мы знаем вторую и третью области, которые важны для консолидации памяти, и у нас умирают нейроны в первой области, возможно, мы сможем обойти поврежденную область и позволить здоровым частям мозга взять на себя эту функцию», — говорит она.
Следующие шаги: расшифровка системы таймера памяти
Команда Раджасетупати теперь стремится выяснить, как активируются эти молекулярные таймеры и что определяет их продолжительность. Это включает в себя исследование того, как мозг оценивает важность воспоминания и решает, как долго оно должно сохраняться. Их работа продолжает указывать на таламус как центральный узел в этом процессе принятия решений.
«Нас интересует понимание жизни воспоминания за пределами его первоначального формирования в гиппокампе, — говорит Раджасетупати. — Мы считаем, что таламус и его параллельные потоки коммуникации с корой головного мозга играют центральную роль в этом процессе».
Источник: sciencedaily.com
Источник: sciencedaily.com
33
2025.12.03 10:39:43