Проведя анализ механизмов формирования воспоминаний в структурах центральной нервной системы, нейрофизиологи Чикагского университета (University of Chicago), США, в своей работе, опубликованной в издании «Neuron», обосновали представление о равнозначности вклада в эти процессы не только особенностей межсинаптического взаимодействия нейронов, но и характера непосредственной совместной активности отдельных групп клеток головного мозга.
Общепризнанным считается взгляд на то, что воспоминания сохраняются подобно неким энграммам, или стойким физико-химическим изменениям, наблюдаемым в популяции нейронов и вызываемым поступлением новой информации, а также получением нового опыта. Традиционные представления о формировании подобных энграмм основаны на способности межнейронных связей становиться более прочными либо, наоборот, ослабевать с течением времени в зависимости от характера поступающих информационных сигналов — нейрофизиологического процесса, известного как «синаптическая пластичность». В новом исследовании, посвященном изучению указанных механизмов, авторы аргументировали представление, согласно которому, несмотря на основополагающую роль синаптической пластичности в формировании своеобразной карты связей между отдельными нейронами в энграмме, этого все же недостаточно для всесторонней оценки каждого из аспектов когнитивных процессов. Так, вторым, однако не второстепенным процессом, играющим важную роль в формировании воспоминаний, является механизм, получивший название «внутренней пластичности», предполагающий способность к изменениям степени активности нейронов внутри энграммы.
Руководитель исследования профессор нейробиологии Кристиан Ханзель (Christian Hansel) отметил, что синаптическая пластичность не полностью учитывает сложность механизмов обучения, известных в настоящее время. Однако с введением представления о внутренней пластичности нейронов недостающие элементы системного понимания нейрофизиологических нюансов памяти приобретают более динамичный характер.
В новых исследованиях с применением оптогенетических инструментов, позволяющих контролировать активность нейронов, ученые получили возможность мониторинга и воссоздания воспоминаний клетками мозга. Благодаря оптогенетическим методам изысканий стало возможным изучение активности целостного мозга у живых организмов в процессе наблюдения за взаимодействием отдельных нейронов и групп или ансамблей нейронов. Впервые подобные инструменты нейрофизиологических исследований позволили увидеть, что такие процессы, как память и обучение, часто не требуют каких-либо изменений в пространственной организации межсинаптических связей. Например, синаптическая пластичность обусловлена повторяющимися сигналами, что приводит к формированию более устойчивых связей между отдельными нейронами. Это предполагает необходимость неоднократного повторения того или иного опыта для достижения результата обучения и формирования памяти. Тем не менее возможно обучение и в результате однократного опыта, который не обязательно способен вызывать изменения межсинаптических связей. И это служит подтверждением существования иного, ускоренного процесса обучения и закрепления воспоминаний.
Аргументируя такой взгляд, авторы новой работы указывают на несколько исследований того, что внутренняя пластичность является почти мгновенным механизмом, вероятно, обладающим более низким порогом восприятия и требующим меньше повторений условных сигналов, формирующих опыт, для инициации своего функционирования. Именно такой механизм, по словам ученых, может объяснять возможность быстрого обучения в результате единичных переживаний в противовес медленному адаптивному процессу, связанному с формированием синаптической пластичности.
Помимо этого, авторы работы подчеркивают, что в общепризнанной теории формирования памяти также не учитывается относительная степень активности нейронов на момент формирования связей между ними. Так, если межсинаптическая пластичность определяет пространственный порядок синаптических взаимодействий, то внутренняя пластичность объясняет способность к модуляции интенсивности функционирования сети без изменения ее внешней морфологической конфигурации. Однако оба вида влияний оказывают независимые однонаправленные эффекты в формировании обучения и памяти.
Резюмируя итоги работы, ученые отметили, что представленная новая парадигма мышления является лишь отправной точкой, и направленность последующих экспериментов требует разделения в оценке значимости относительных эффектов синаптической и внутренней пластичности на процессы обучения и памяти. В целом, профессор нейробиологии и статистики Николас Брунель (Nicolas Brunel) подчеркнул, что, несмотря на возможность дискуссий относительно степени важности внутренней пластичности нейронов в формировании опыта и воспоминаний, утверждения об отсутствии какой-либо значимости этого нейрофизиологического механизма, несомненно, безосновательны, учитывая все более расширяющуюся доказательную базу о функционировании этих процессов.
- Titley H.K., Brunel N., Hansel Ch. (2017) Toward a Neurocentric View of Learning. Neuron, 95(1): 19–32.
- University of Chicago Medical Center (2017) Neuroscientists call for more comprehensive view of how brain forms memories. ScienceDaily, July 5 (https://www.sciencedaily.com/releases/2017/07/170705152749.htm).
Наталья Савельева-Кулик
