Просторова пам'ять формується під дією дози дофаміну, яку блакитна пляма мозку посилає напарнику-гіпокампу.
Гіпокамп - парна структура мозку, що залягає в скроневих відділах великих півкуль. Він потрібен для того, щоб ми пам'ятали факти і події (те, що називається декларативною пам'яттю).
Гіпокамп відіграє велику роль у перетворенні короткочасної пам'яті на довготривалу: інформація зберігається спочатку саме в гіпокампі, а потім поступово переходить в кору великих півкуль, де і осідає на довготривале зберігання. При пошкодженні гіпокампа розвивається синдром Корсакова, коли людина не здатна запам'ятовувати поточні події і завчати нові факти, хоча стара пам'ять у неї зберігається.
Однак крім декларативної пам'яті гіпокамп також необхідний для просторової пам'яті, яка зберігає образи знайомого просторового оточення, всілякі карти і маршрути.
Ще 15 років тому дослідники з лабораторії Судзумі Тонегави в Массачусетському технологічному інституті з'ясували, що за просторову пам'ять відповідає зона гіпокампу під назвою СА3. Виникло припущення, що зона СА3 отримує сигнал з якоїсь іншої області мозку, коли тварина потрапляє в незнайоме просторове оточення, що і стимулює формування пам'яті.
Сигнал може подаватися за допомогою нейромодуляторів * - хімічних речовин, які впливають на нейронну активність (про різницю між нейромедіаторами і нейромодуляторами див. виноску). У зону СА3 надходять нейромодулятори з двох областей, одна з яких - блакитна пляма - являє собою стародавнє, що залягає в стовбурі мозку скупчення сірої речовини, що впливає на різні активні реакції, від бадьорювання до тривоги і паніки. У блакитної плями більше зв'язків з гіпокампом, і головне - про нього відомо, що воно реагує на новизну, тому вирішивши більше дізнатися про просторову пам'ять, дослідники вирішили сконцентруватися саме на ньому.
Блакитна пляма реагує на низку сенсорних стимулів, у тому числі на візуальні, звукові і нюх, а потім посилає інформацію в інші частини мозку, включаючи гіпокамп. Щоб зрозуміти, як працює зв'язок між блакитною плямою і гіпокампом, автори роботи вивели генетично модифікованих мишей, у яких цей зв'язок можна було відключати в будь-який момент за бажанням експериментатора.
Мишей садили в незнайоме їм місце, яке вони уважно вивчали; потім, коли їх знову садили сюди наступного дня, вони досліджували обстановку вже не так старанно - тому що встигли її запам'ятати, хоча б частково. Але якщо під час першого разу їм блокували зв'язок між блакитною плямою і гіпокампом, то вдруге тварини досліджували його так, як ніби тільки що побачили - іншими словами, з першого разу у них в пам'яті нічого не залишилося. Гіпотеза, про яку ми говорили вище, отримала експериментальне підтвердження: щоб гіпокамп запам'ятав незнайому місцевість, ландшафт і т. д., йому дійсно потрібен відповідний сигнал від блакитної плями.
Якби такої системи не було і гіпокамп запам'ятовував би все, що бачать очі, мозок просто потонув би в інформації. Блакитна пляма допомагає фільтрувати і відбирати інформацію, включаючи пам'ять лише тоді, коли це дійсно потрібно. Якщо в навколишній обстановці немає ніякої новизни, блакитна пляма працює, як зазвичай, не проявляючи ніякої особливої активності. Але якщо місце незнайоме, його нейрони починають генерувати набагато частіші імпульси.
Імовірно через це нейромодулятор дофамін не встигає перетворитися на норадреналін. В результаті дофамін виділяється з блакитної плями як є і надходять в гіпокамп. Дофамін відіграє дуже велику роль у системі підкріплення мозку, яка відповідає за почуття задоволення і мотивацію, а з мотивацією неминуче пов'язані навчання і пам'ять. Повністю результати досліджень опубліковані в статті в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Поки що незрозуміло, як саме блакитна пляма розуміє, що обстановка навколо - нова. Автори роботи вважають, що мозок якось порівнює те, що бачить, з очікуваннями або з когнітивними картами, які вже є в пам'яті. Як саме і де саме відбувається порівняння очікувань і реальності, дослідники збираються з'ясувати найближчим часом.
* Нейромедіатори поширюються в межах одного синапсу і впливають на іонні канали нейронів, призначені для швидкої передачі нервового збудження.
Нейромодулятори ж поширюються по великих ділянках нервової тканини і впливають на рецептори нейронів, які відгукуються повільніше і викликають довготривалі зміни синаптичної пластичності. Найбільш відомі нейромедіатори, такі як дофамін, серотонін, ацетилхолін, норадреналін, є одночасно і нейромодуляторами.