Крошечная область мозга определяет, как формируются и разделяются воспоминания

Фото из открытых источников

Жизнь может течь как непрерывный поток, но наши воспоминания рассказывают другую историю. Мы не вспоминаем прошлое как один длинный, непрерывный текст. Вместо этого мы помним его как последовательность значимых событий, подобно тому, как предложения структурированы с помощью грамматики и пунктуации. Как и любое повествование, эта организация придаёт нашему опыту форму и связность, помогая нам понимать, что и когда происходит.

Мозг должен уделять много места этой сложнейшей задаче, не так ли?  Неправда! Оказывается, крошечный, но мощный участок тянет гораздо больше, чем его вес.

В статье, опубликованной в журнале Neuron, психологи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Колумбийского университета объединили визуализацию мозга и измерения зрачков, чтобы показать, что небольшая группа нейронов в стволе мозга, известная как голубое пятно, действует как «кнопка сброса памяти» во время значимых изменений.

«Наш ключевой вопрос заключался в следующем: как по мере развития опыта мозг «узнаёт», когда одно значимое воспоминание закончилось и должно начаться следующее?» — сказал профессор Дэвид Клеветт из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

«Исследования показали, что пребывание в стабильном контексте, например, в одной и той же комнате, связывает в памяти последовательные события. Напротив, изменение контекста или границ событий разъединяет воспоминания, представляя их в виде отдельных событий. Таким образом, контекст действует как грамматика человеческой памяти. Мы обнаружили, что голубое пятно наиболее активно на границах событий, когда воспоминания разделяются. Таким образом, эта небольшая область в центре системы возбуждения мозга может служить для маркировки наших мыслей и воспоминаний», - говорит он.

Клеветт и его соавторы Ринго Хуанг из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Лила Давачи из Колумбийского университета набрали 32 добровольца, которые рассматривали изображения нейтральных объектов, находясь внутри аппарата МРТ. Для управления стабильностью или изменением окружающего контекста в правое или левое ухо подавались простые тоны. Восемь чистых тонов повторялись в одном ухе для создания ощущения связного события, затем тон переключался на другое ухо и менял высоту тона, чтобы вызвать восприятие границы события. Этот паттерн повторения-переключения продолжался до конца последовательности, создавая восприятие четырёх различных слуховых событий.

Затем исследователи проверили, как эти переключения тона влияют на память. Они пришли к выводу, что время даёт возможность увидеть, как формируются события: когда люди успешно восстанавливают порядок последовательности, это говорит о том, что эти элементы связаны в рамках одного воспоминания. Напротив, точную последовательность событий сложнее вспомнить, если они хранятся в отдельных, отдельных воспоминаниях. 

Как и предполагалось, активация голубого пятна на границах событий предсказывала последующее разделение памяти, о чём свидетельствует ухудшение способности запоминать порядок пар элементов, пересекающих границы. Исследователи также сопоставили свои измерения активации голубого пятна с измерениями расширения зрачков, проведёнными в то же время, поскольку известно, что зрачки слегка расширяются как при возникновении новых событий, так и при активности голубого пятна. Эти измерения подтвердили, что наблюдения во время фМРТ действительно фиксировали активацию в этой небольшой области мозга. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) измеряет активность мозга, выявляя изменения кровотока, когда человек находится внутри сканера.

Последствия этого сигнала нейронной перезагрузки и перезагрузки памяти были далеко идущими. Более сильная активация голубого пятна на границах между событиями предсказывала более существенные изменения в паттернах активации в гиппокампе — области мозга, которая отслеживает такие контекстные детали, как место и время, и играет ключевую роль в формировании новых воспоминаний. 

«Часть работы гиппокампа — картировать структуру нашего опыта, поэтому он имеет индекс начала, середины и конца событий. Мы обнаружили, что голубое пятно может передавать гиппокампу критический сигнал «старта», как бы говоря: «Эй, мы сейчас в новом событии», — сказала Давачи. «Предыдущие исследования показали, что всплески активности голубого пятна помогают перенастроить нейронные сети, направляя внимание на новый и важный опыт. Наши результаты свидетельствуют о том, что этот сигнал обновления ещё более распространён и достигает областей, связанных с памятью, которые содержат репрезентации текущих событий».

Исследователи также изучили, как кратковременные всплески активации голубого пятна зависят от фонового уровня активности этого пятна. Это важно, поскольку нейроны голубого пятна работают в двух различных режимах: импульсном, который отмечает важные события и формирует новые воспоминания, и фоновом, который регулирует общую бдительность и стресс. 

«Голубое пятно подобно внутренней системе оповещения мозга», — сказал Клеветт. «Но в условиях хронического стресса эта система становится чрезмерно активной. В результате получается как жить с постоянно звенящей пожарной сигнализацией, из-за чего сложно заметить настоящий пожар».

Хотя динамическое взаимодействие между этими паттернами активации изучалось в контексте принятия решений, восприятия и обучения, его значение для того, как мы воспринимаем и запоминаем события, до сих пор оставалось неясным. Поэтому авторы решили проверить, могут ли всплески активации голубого пятна на границах событий, нейронные сигналы, сегментирующие воспоминания, ослабевать или исчезать в условиях хронического стресса. Этот вопрос представлял собой сложную задачу, поскольку фМРТ сама по себе не позволяет измерить абсолютные уровни стресса или активации голубого пятна. Для решения этой проблемы они использовали метод визуализации, который косвенно измеряет уровень нейромеланина – пигментированного нейрохимического вещества, накапливающегося в голубом пятне с повторяющейся активацией с течением времени.

Как и предполагалось, у участников с более высоким уровнем сигнала, связанного с нейромеланином, который, как считается, указывает на хронический стресс, наблюдалась более слабая реакция расширения зрачков на границы событий. Более сильные низкочастотные колебания активации голубого пятна, отражающие фоновые уровни активности, также предсказывали более слабые всплески активации голубого пятна и реакции зрачков на границы во время выполнения задания. В совокупности эти результаты свидетельствуют о том, что хроническое перевозбуждение может снижать чувствительность к изменениям, нарушая сигналы, которые закрепляют и организуют новые эпизоды в памяти. 

Идентификация голубого пятна как врат или проводника для формирования памяти может привести к разработке более эффективных методов лечения ПТСР и других расстройств памяти, таких как болезнь Альцгеймера, при которой голубое пятно необычно гиперактивно. Существуют потенциальные способы успокоения гиперактивного голубого пятна, будь то фармакологические препараты, замедленное дыхание или даже сжимание мячей для снятия стресса в руке. Однако эффективные долгосрочные решения требуют дальнейших исследований, а их поиск и вывод на рынок займут время. Восприятие событий «правильным» образом напрямую связано с улучшением памяти, что позволяет предположить, что улучшение функции голубого пятна является эффективным методом как для сохранения, так и для восстановления памяти.