Спеціальні нейрони в центрі пам'яті допомагають мозку пам'ятати, де він був давно, де недавно, і що його чекає попереду.
Як ми знаємо, в мозку є особливі нейрони, звані нейронами навігації - вони активуються у відповідь на сукупні особливості ландшафту, в якому в даний момент знаходиться індивідуум.
Нейрони навігації в гіпокампі, одному з головних мозкових центрів пам'яті, і безліч експериментів показали, що в ньому дійсно зберігається безліч карт місцевості, кожна з яких кодується особливою комбінацією спеціальних клітин. Джон О'Кіфі (John O'Keefe), який виявив такі клітини ще в 60-ті роки минулого століття, отримав за них у 2014 році Нобелівську премію з фізіології та медицини. (Нагадаємо, що премію він розділив з подружжям Мозерів, які відкрили іншу групу навігаційних нейронів, що працюють як GPS-система: вони не зберігають ніяких певних карт, їх завдання - відстежувати переміщення індивідуума в просторі.)
Завдяки мозковій системі навігації тварини і ми розуміємо, де знаходимося - нейрони місця надають нам відповідні карти. Але напевно багатьом в голову приходило таке питання: як мозок співвідносить ці карти з поточним часом? Наприклад, ми йдемо знайомим маршрутом через три вулиці, і ось, вийшовши на другу вулицю, ми розуміємо, що перша залишилася у нас позаду, і скоро ми вийдемо на третю, і уявляємо ми собі саме вулицю номер три, а не номер один. І як же мозку вдається керувати «картографічним відділом»?
Стівен Міддлтон (Steven J Middleton) і Томас Макх'ю (Thomas J McHugh) з Інституту досліджень мозку при японському Інституту фізико-хімічних досліджень (RIKEN) описують в Nature Neuroscience механізм, за допомогою якого мозок здійснює зміну карт місцевості. У гіпокампі є кілька відділів, і «механізм зміни карт» пов'язаний з одним з них, званим CA3, який служить своєрідним «диригентом», що розподіляє час активації між картографічними клітинами.
Експерименти ставили на мишах: коли тварини рухалися, у них можна було зареєструвати активність нейронів місця. Коли тварина переходить з місця на місце, можна помітити зміни в активності нервових клітин, що відповідають тому, як змінюється все навколо. Можна сказати, що в нейронах відбувається щось на зразок оновлення інформації, і таке оновлення здійснюється з тета-частотою в 8 Гц. В результаті малюнок активності змінюється, і карти місцевості зсуваються в часі - щось ми залишили за спиною, кудись прийшли, кудись зараз прийдемо.
Але автори роботи стежили не тільки за активністю окремих нейронів, вони також вимірювали загальну активність великих кластерів нервових клітин. У деяких мишей при цьому відключали область CA3 від інших зон мозку - самі її клітини були активні, але не могли спілкуватися з нейронами з інших «департаментів». Виявилося, що у таких модифікованих мишей припинялися узгоджені оновлення на рівні нейронних груп (хоча окремі нейрони продовжували коригувати власну активність). У результаті, хоча шлях тварини і був відомий, не можна було заздалегідь передбачити, як спрацюють його нейрони місця.
Таким чином, з'ясувалося, що зона CA3 працює чимось на зразок хронометра, який допомагає навігаційній системі мозку не губитися в часі. Якщо з CA3 відключити, то в картографічній системі почнуть накопичуватися помилки через розузгоджену роботу нейронів-картографів - ті клітини, які повинні спрацювати раніше, будуть включатися трохи пізніше, ті, які повинні спрацювати пізніше, будуть активуватися з випередженням і т. д. В результаті, хоча мозок все одно буде розуміти, де він знаходиться в даний момент, недавні місця або мета подорожі виявляться розмиті в часі. Наприклад, може здатися, що зовсім недавно, буквально хвилин десять тому перед нами була місцевість, яку насправді ми проходили годину тому, або що до якогось місця потрібно йти і йти, хоча насправді воно ось тут, за рогом.
Тут можна згадати, що подібні симптоми - втраченість у просторі-часі - зустрічаються у людей як з психоневрологічними розладами (такими, як шизофренія), так і з нейродегенеративними хворобами (такими, як синдром Альцгеймера).
Очевидно, все це відбувається через порушену взаємодію між вищезгаданою зоною СА3 і нейронами місця, що зберігають в гіпокампі картографічну інформацію. І якщо знайти спосіб, як відновити або посилити контакт між СА3 та іншими відділами мозку, то це дозволить, принаймні, пом'якшити психічні аномалії, пов'язані з просторово-тимчасовою дезорієнтацією.