Інформація, яка має відношення до одного і того ж предмета або ситуації, записується в мозку одними і тими ж нейронами, які не підпускають до цієї інформації конкурентів з інших нейронних мереж.
Нейробіологи, що займаються пам'яттю, зазвичай працюють з якимось одним блоком інформації, який відкладається в нервовій системі - грубо кажучи, з одним спогадом: це може бути спогад, наприклад, про те, що в лабіринті потрібно повернути вліво, або про те, що в якійсь клітці тебе вдарять струмом, або, навпаки, чим-небудь пригостять (мова, зрозуміло, йде про досліди на тварин). Але мозок «записує» всередині себе масу всього, і часом одночасно. І тут виникає важливе, але поки ще мало досліджене питання: як різні фрагменти інформації взаємодіють у нейронному сховищі?
Зараз ми знаємо, що інформація записується в мозку за допомогою так званих енграмних клітин. 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.
Їх вперше описали в гіпокампі, який служить одним з основних центрів пам'яті, але такі ж енграмні клітини є в мигдалевидному тілі, або амігдалі, що відповідає за емоції. Експерименти з амігдалою та емоційними переживаннями навели нейробіологів на думку, що енграмні нейрони мигдалевидного тіла конкурують між собою за право зашифрувати той чи інший спогад; і виграють серед них зазвичай або найбільш збуджені клітини, які активніше інших реагують на новий сигнал, або ті, в яких міститься більше білка під назвою CREB - від нього залежить формування довготривалої пам'яті.
Як проявляється конкуренція нейронів за пам'ять? Дослідники з Торонтського університету поставили наступний досвід: мишей після певного звукового сигналу злегка били струмом по ногах, потім, через якийсь час, звучав другий сигнал, після якого теж слідував удар струмом. Миші вивчали обидва звуки: коли вони потім чули будь-який з них, то завмирали на місці, демонструючи звичайну стресову реакцію гризунів (тобто ключовими сигналами для енграмних клітин, що будили неприємні спогади, тут виявлялися звуки). Те, які нейрони в цей час працювали, можна було визначити молекулярним аналізом, за генами arc і homer1a (h1a) - якщо в нейроні виявлялися сліди діяльності гена arc, значить, даний нейрон був активний не далі як п'ять хвилин тому, якщо ж у нейроні активувався ген h1a, значить, нервова клітина працювала 30-40 хвилин тому.
Тобто за допомогою arc і h1a можна було розрізнити, які нервові клітини записали звуки, що попереджають про небезпеку. Виявилося, що тут велику роль відіграє часовий діапазон між сигналами: якщо під час навчання обидва звуки йшли один за одним в межах шести годин, то обидва вони потрапляли до одних і тих же клітин. Якщо ж між навчанням одному звуку і навчанням іншому звуку проходило від 18 до 24 годин, то пам'ять про них розходилася по різних популяціях нейронів.
Коли неприємний спогад, пов'язаний зі звуком номер два, придушували - тобто звук вже не передував електрошоку - у мишей заодно слабшали неприємні асоціації і зі звуком номер один, але тільки в тому випадку, якщо спочатку пам'ять щодо того та іншого формувалася в межах вищезазначених шести годин. Поведінковий експеримент цілком узгоджувався з тим, що вдалося побачити на рівні нейронів: інформація, що надійшла в мозок у певний часовий проміжок, зберігається в одній «мікросхемі».
Нарешті, автори роботи зробили ще один досвід, спробувавши штучно зв'язати блоки інформації, які розділяли добу. Мишей за допомогою оптогенетичних методів модифікували так, щоб їхні нейрони можна було стимулювати або придушувати світловим імпульсом. У результаті, стимулюючи групу нейронів, які запам'ятали перший звуковий сигнал, вдалося в них же записати і другий сигнал, хоча сеанс навчання з цим другим сигналом відбувався, як було сказано, через 24 години. Вдалося зробити і зворотне - розірвати зв'язок між спогадами, що сформувалися в межах шести годин: тут активність нейронів, навпаки, придушували, так що інформація про другий звук переходила до якоїсь іншої конкуруючої групи.
Нарешті, міжнейронну конкуренцію вдалося побачити безпосередньо: у статті в Science Шина Джоссилін (Sheena A. Josselyn) і її колеги пишуть, що коли наставала черга запам'ятовувати другий звук, нейрони, які запам'ятали перший звук, за допомогою спеціальних сигналів придушували активність інших нервових клітин, так що пам'ять про другий звук діставалася їм же, тобто «нейронам першого звуку».
Схожі результати були отримані раніше для гіпокампа, так що, очевидно, така конкуренція нервових клітин є загальна властивість пам'яті, де б вона не формувалася. Швидше за все, є й інші параметри, крім часу, які обумовлюють зчепленість спогадів, і, ймовірно, саме завдяки конкуренції нейронів і їх здатності пов'язувати блоки інформації один з одним ми не тонемо в хаосі беззв'язних спогадів.
За матеріалами The Scientist.