Эпизодическая память связана с моментами личного опыта и позволяет нам ориентироваться во времени и пространстве, а также проецировать себя в будущее. При этом задействуется механизм обучения, а также вспоминаются ассоциации между элементами настоящего и их пространственно-временным контекстом. Для этого мозг генерирует прошлые модели окружающей среды, которые затем гибко используются для управления будущим поведением. Существует два типа нейронного кодирования: ассоциативное и прогностическое.
Ассоциативная память, например, позволяет нам вспомнить, что на местном рынке можно купить апельсины, а прогностическая память дает возможность адаптивного поведения — например, в случае отсутствия апельсинов в день покупки или если дорога, ведущая к рынку, закрыта. В первом случае мы можем, например, изменить свой план и выбрать бананы, а во втором — использовать детальное знание окрестностей, чтобы выбрать другой маршрут.
Хотя когнитивный диапазон гиппокампа показывает, что эти два аспекта эпизодической памяти обрабатываются этой частью мозга, как именно это происходит, мало понятно. В новом исследовании, результаты которого опубликованы в журнале , ученые обнаружили, что «два разных нейронных кода поддерживают эти очень важные аспекты памяти и познания и могут быть разобщены, как это было воспроизведено экспериментально«, — поясняет в пресс-релизе соавтор исследования Антонио Фернандес-Руис из Корнельского университета.
Две грани, которые могут быть разобщены
Для расшифровки нейронного кодирования, лежащего в основе эпизодической памяти, ученые в новом исследовании использовали оптогенетику. Этот метод предполагает введение в клетки гена, кодирующего светочувствительный белок. Освещение нейронов определенным светом позволяет точно контролировать их активность. Ген, использованный в исследовании, был введен в нейроны крысы с помощью модифицированного вируса, что позволило избирательно нарушить их активность без полной деактивации. Это позволяет точно манипулировать отдельными нейронами, не влияя на общее функционирование мозга.
Эксперимент заключался в нарушении работы одного из участков гиппокампа, в частности, входа в энторинальную кору, расположенного вблизи гиппокампальной области CA1, где, как предполагается, формируется прогностическая память. Затем моделям мышей давали задание выучить новую задачу в новой обстановке. Оно включало в себя перемещение из точки A в точку D, между которыми нейроны должны были регистрировать важные шаги, такие как поворот налево в точке B и направо в точке C, чтобы получить вознаграждение в точке D.
Исследователи обнаружили, что эта последовательность точек кодируется в мозге в виде последовательности нейронов, которые срабатывают одновременно. Эта последовательность повторяется и запоминается во время сна, чтобы затем воспроизвести ее для будущих нужд. «В будущем мы запоминаем ее так: когда мы спим, воспроизводится та же последовательность действий, поэтому те же нейроны, которые кодируют [путь], срабатывают в том же порядке«, — объясняет Фернандес-Руис.
Когда последовательность нейронов, запускающих маршрут, нарушалась, он не повторялся во время сна и поэтому не запоминался. В то время как крысы могли запомнить расположение точек A и D, они не могли вспомнить, как туда добраться. Таким образом, ассоциативная память сохранялась, а прогностическая память утрачивалась.
В другом эксперименте крысы, у которых была нарушена прогностическая часть гиппокампа, должны были каждый день двигаться по лабиринту и находить новый путь, чтобы получить вознаграждение. Поскольку эта задача требовала от них наличия карты возможных маршрутов и способности к планированию, они не могли вспомнить, как раньше получали вознаграждение. Третья задача состояла в том, чтобы научить грызунов ассоциировать местоположение с вознаграждением. Было обнаружено, что ассоциативная память остается неизменной, хотя прогностическая память нарушена.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что эти два аспекта памяти могут быть разобщены, что имеет важное значение для терапевтических исследований деменции. «Изучая, какие именно нарушения памяти наблюдаются у пациента, мы можем попытаться определить, какой именно нейронный механизм был нарушен, что поможет нам разработать более целенаправленные меры«, — заключает Фернандес-Руис.