У мозку людини знайшли аналог кеш-пам'яті

Група вчених з США і Бельгії за допомогою магнітної стимуляції мозку перехопила спогади на шляху з короткочасної в довготривалу пам'ять. Стаття опублікована в журналі коротко про неї розповідається в редакційному матеріалі видання.

Пам'ять прийнято ділити на два типи: короткочасну і довготривалу. Короткочасна, або робоча пам'ять відповідає за здатність «тримати в розумі» невелику кількість інформації, необхідну для виконання короткочасних дій. У короткочасній пам'яті інформація зберігається протягом декількох секунд. Після цього інформація (якщо вона важлива) переходить у довготривалу пам'ять під час процесу, званого консолідацією пам'яті. У довготривалій пам'яті інформація за рахунок перманентно змінених нейронних зв'язків може утримуватися протягом необмеженого часу.

Робоча пам'ять, як традиційно вважається, заснована на безперервній активності нейронів, що обробляють інформацію, яку мозок використовує «прямо зараз». Однак останні дослідження вказують на те, що інформація може зберігатися в короткочасній пам'яті не тільки за рахунок підвищеної активності нейронів, але і за рахунок короткочасної зміни сили синапсів (короткочасної синаптичної пластичності), заснованої на тимчасовій зміні концентрації іонів кальцію в пресинаптичному просторі. Автори нової статті вирішили «відстежити» інформацію в момент, коли вона вже не кодується активністю нейронів, але ще й не потрапила в довготривалу пам'ять.

Для цього вони спочатку показували випробовуваним серії картинок з особами, словами або точками, що рухаються в певному напрямку. На другому етапі випробувань учасникам показували дві картинки одночасно - наприклад, обличчя і слово - і при цьому просили концентруватися тільки на одному стимулі з двох. Активність мозку добровольців записували за допомогою функціональної магнітно-резонансної томографії (фМРТ) і електроенецефалографії (ЕЕГ) і потім класифікували види активності, що відповідають кожному з показаних випробовуваних стимулів.

У другому етапі випробувань спочатку реєструвалася нейронна активність, що відповідає обом стимулам. Однак дуже скоро фМРТ-мітка (нейронна активність), відповідна стимулу, на який випробовуваний не звертав уваги, знижувалася до базового рівня - що, здавалося б, говорило про те, що цей стимул вже «забутий». Однак на ЕЕГ активність, що відповідає цьому «забутому» стимулу, зберігалася - тобто стимул все-таки ще був присутній у робочій пам'яті. При цьому через кілька секунд випробовувані могли без проблем згадати той стимул, який вони, здавалося б, забули.

Щоб простежити шлях цього «забутого» стимулу, в третьому етапі випробувань автори використовували транскраніальну магнітну стимуляцію мозку - метод, що дозволяє неінвазивно стимулювати кору головного мозку короткими магнітними імпульсами. Випробовуваних просили виконати те ж завдання з двома стимулами, що і в другому етапі. Відразу після того, як фМРТ-мітка «забутого» стимулу зникала, мозок випробовуваних стимулювали магнітними імпульсами. Виявилося, що фМРТ-мітка «забутого» стимулу при цьому поверталася - тобто нейронна активність, що відповідає цьому стимулу, знову підвищувалася. При цьому, коли магнітними імпульсами прицільно стимулювали ділянку мозку, що відповідає «забутому» стимулу, процес реактивації нейронної активності був ще більш помітним.

Результати підтверджують припущення про те, що, крім «класичної» робочої пам'яті, заснованої на активності нейронів, існує й інший її тип, який автори назвали «пріоритетною довготривалою пам'яттю». Заснована вона на короткочасній синаптичній пластичності або на інших механізмах, поки не ясно: у роботі не досліджуються механізми, за допомогою яких цей тип пам'яті може працювати. За словами самих авторів, дослідження являє собою тільки найперший етап у розумінні того, що відбувається з інформацією на шляху з короткочасної в довготривалу пам'ять.

Нещодавно американський стартап Kernel оголосив про початок розробки імплантату для поліпшення пам'яті і навчання людей з порушеннями цих функцій - наприклад, при хворобі Альцгеймера. Імплантовані в гіпокамп (відділ мозку, що відіграє ключову роль у процесах запам'ятовування та навчання) електроди реєструватимуть сигнали від нейронів, що сприймають інформацію, обробляти їх і стимулювати нейрони, що відповідають за перетворення інформації в довгострокові спогади. Докладніше про те, як можуть працювати такі імпланти, можна почитати тут. Раніше вченим за допомогою стимуляції мозку постійним струмом вже вдалося поліпшити короткочасну пам'ять пацієнтів з шизофренією.