Довга і коротка пам'ять формується в мозку одночасно, проте клітинам довготривалої пам'яті потрібен час, щоб засвоїти те, що вони запам'ятали.
Ми запам'ятовуємо все в два етапи: спочатку інформація знаходиться в короткочасній пам'яті, а потім, через якийсь час, відправляється в довготривале сховище. Причому відмінності між цими двома видами пам'яті не тільки функціональні, але і структурні - вони знаходяться в різних частинах мозку.
Як відомо, за пам'ять у мозку відповідають кілька зон, і найголовніші тут - кора півкуль і підкірковий гіпокамп. На початку 50-х років минулого століття до нейробіологів потрапив хворий на епілепсію, у якого під час операції на мозку довелося пошкодити гіпокамп, після чого пацієнт перестав запам'ятовувати те, що з ним відбувалося тільки що, але зате зберіг пам'ять про більш віддалене минуле. Іншими словами, якщо говорити про епізодичну пам'ять (тобто пам'ять на події), то її короткочасна версія зберігається в гіпокампі, а довготривала - в корі, яка взагалі займається вищими когнітивними функціями.
Але як саме відбувається перетікання інформації з короткочасного сховища в довготривале - або, якщо скористатися звичайним нейробіологічним терміном, як відбувається консолідація пам'яті? За однією моделлю, короткочасна пам'ять формується і зберігається в гіпокампі, щоб потім повністю з нього зникнути. За іншою моделлю, яка виникла сильно пізніше, в гіпокампі все ж залишаються якісь сліди тих відомостей, які пішли в довготривалу пам'ять.
Судзумі Тонегаві (Susumu Tonegawa) і його колегам з Массачусетського технологічного інституту вдалося багато в чому механізм консолідації пам'яті розшифрувати. Тонегаву особливо представляти не треба: ми неодноразово писали про роботи цього видатного сучасного імунолога і нейробіолога, лауреата Нобелівської премії, який вже встиг зробити надзвичайно багато для розуміння нами нейробіологічних механізмів пам'яті. Так, одне з найбільших досягнень лабораторії Тонегави - експериментальне відкриття так званих енграмних клітин в гіпокампі. Під енграмою розуміють слід, залишений подразником; якщо говорити про нейрони, то повторюваний сигнал - звук, запах, якась обстановка і т. д. - повинні провокувати в них якісь фізичні та біохімічні зміни. Якщо стимул потім повториться, то «слід» активується, і клітини, в яких він є, викличуть з пам'яті весь спогад цілком. Іншими словами, у нас енграмні («ключові») нейрони відповідають за доступ до записаної інформації, а щоб самі вони запрацювали, на них повинен подіяти ключовий сигнал; очевидно, що самі такі клітини повинні вміти якось зберігати в собі інформацію про ті чи інші стимули.
Саме енграмні клітини, як пишуть дослідники у своїй новій статті в Science, задіяні в перетвореннях пам'яті. В експерименті деякі нейрони мозку у мишей отримували генетичну модифікацію: в їх ДНК вставляли ген світлочутливого білка, щоб потім такий нейрон можна було активувати світловим імпульсом (світло в мозок подавали через оптоволокно; в цілому все це називається оптогенетикою, про яку ми вже якось докладно розповідали).
Нейрони модифікували в трьох зонах мозку: у префронтальній корі, в гіпокампі і в емоційному центрі - мигдалевидному тілі, або амігдалі. Світловий «рубильник» ставили не в усі клітини, а лише в ті, які у мишей реагували на неприємні обставини: тварин садили в клітку, по підлозі якої пускали слабкий електричний розряд. Миша лякалася, завмирала на місці, а в мозку у неї включалися цілком певні нейрони, що спрацьовують у відповідь на стрес. Миша запам'ятовувала нехорошу клітку і, коли її знову в неї садили, вона по старій пам'яті також лякалася і завмирала, навіть якщо електричного струму вже не було.
Природно, коли на мишу знаходили спогади, то в її мозку включалися відповідні клітини пам'яті. Це були ті самі енграмні клітини, які зберігали сліди минулих неприємних відчуттів, пов'язаних з конкретним оточенням, і реагували на сенсорний стимул - зовнішній вигляд клітини. Енграмні клітини електричного шоку були як в корі, так і в гіпокампі, і, що виявилося особливо примітним, вони з'являлися відразу і там, і там (під «з'являлися» ми маємо на увазі не те, що в мозку з'явилися нові нейрони, а те, що деякі з існуючих нейронів взяли на себе функцію пам'ятати конкретний стимул).
Однак, наприклад, якщо мишу садили в неприємну клітку наступного дня після навчального електрошокового сеансу, то коркові енграмні клітини мовчали, а спрацьовували лише гіпокампальні енграми. Однак коркові нейрони можна було «розбудити»: якщо їх включали за допомогою світлового імпульсу, то миша поводилася так, як ніби її щось налякало - точно так само вона поводилася і тоді, коли включалися клітини гіпокампу, тільки ці-то спрацьовували і так, просто від зовнішньої обстановки.
Через два тижні картина змінювалася: енграмні електрошокові клітини в корі дозрівали, починали інакше виглядати і інакше працювати - тепер вони активувалися природним чином, коли тварина потрапляла в ту саму стресову клітку. Навпаки, клітини гіпокампа переставали вмикатися - проте якісь сліди події в них залишалися, і, якщо на них діяли світловим імпульсом, то миша впадала в страх.
Однак, щоб нейрони в корі дозрівали правильним чином, вони повинні були спілкуватися з «колегами» з гіпокампа, які пам'ятали те ж, що і вони; якщо зв'язок між тими й іншими переривали, клітини довготривалої пам'яті виходили «недозрілими», що, очевидно, повинно позначатися на самій пам'яті. Що до амігдали, то її клітини утримували саме емоційну складову події, і з ними ніяких змін не відбувалося - вони працювали як з нейронами гіпокампа, так і з нейронами кори.
Таким чином, не можна сказати, що інформація перетікає з короткочасної пам'яті, де вона спочатку формується, в довготривалу, де її взагалі не було: в обох «департаментах» вона формується одночасно, просто в довготривалому сховищі пам'ять якийсь час залишається «сирою», неактивною, і щоб її активувати, потрібна допомога короткочасного відділу.
З іншого боку, гіпокамп не забуває повністю те, що утримувалося в короткочасній пам'яті - правда, поки неясно, наскільки довго в ньому залишаються такі сліди: дослідники обмежилися в експерименті тільки двома тижнями, і, можливо, через два місяці гіпокамп вже взагалі забуває все, що було два місяці тому.