Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 188: как новизна влияет на запоминание?

Наш мозг умеет различать разные типы новизны, с которыми мы сталкиваемся. Ученые провели эксперимент, в ходе которого выяснили, как мозг разделяет новую информацию на типы и далее обрабатывает в разными нейронами. Это исследование, подробности которого опубликованы в журнале Nature,проливает свет на то, как гипоталамус воздействует на наше познание. 

Credit: www.nature.com 

Два пути информации

Вы когда-нибудь задумывались, почему новая информация запоминается лучше, чем старая? Существует даже такая мнемотехника: «соедини обычные слова, которые нужно запомнить, в нетривиальное и новое сочетание-историю». Это правило замечательно работает, позволяя школьникам запоминать словарные слова, а историкам – фактические данные.

Видимо, в нашем мозге что-то меняется при обработке новой информации. И раз мы лучше запоминаем такую информацию, значит, меняться что-то должно на уровне гиппокампа – структуры мозга, которая считается ответственной за переход наших воспоминаний в долговременное хранилище.

Ученые решили исследовать, как мозг обрабатывает новую информацию. Они выяснили, что для мозга есть разница в том, что именно нового в этой информации. Исследователи разделили новизну на два типа: контекстуальную (то есть когда меняется что-то в окружающей среде) и социальную (когда меняется что-то в тех объектах, с которыми мы взаимодействуем).

Основная зона мозга, которая определяет, является ли информация новой или нет – это супрамаммилярные ядра (SuM) гипоталамуса. Они представляют собой своеобразный хаб новизны в нашем мозге. SuM реагируют на новую информацию, определяют ее тип и посылают в соответствующие зоны мозга. При этом при контекстуальной новизне SuM активирует один нейронный путь, а при социальной новизне – другой. Во всех случаях нейроны SuM при постоянном предъявлении одинаковых стимулов уменьшали свою активность, что свидетельствовало о привыкании.

У ученых возник вопрос: если разная новая информация активирует разные нейронные пути, то куда идет сигнал из супрамаммилярных ядер? Чтобы ответить на этот вопрос, они следили за несколькими нейронами живой генетически модифицированной мыши (метод называется «single-unit recording», когда происходит регистрация отдельных нейронов мозга). Исследователи ввели в мышь аденоассоциированный вирус (AAV). Он не вызывает инфекционного заболевания, в этом случае он лишь спровоцировал появление флуоресцентных протеинов в супрамаммилярных ядрах. Путешествие этого протеина по мозгу позволило отследить, куда же направляются аксоны SuM с информацией о новизне.

Оказалось, что пунктов назначения два – в зависимости от типа новизны.

В маленькую область гиппокампа CA2, которую часто игнорируют из-за небольшого размера, шли сигналы о социальной новизне. В зубчатую извилину – зону гиппокампа (GD), которая известна тем, что в ней рождаются новые нейроны, приходила информация о контекстуальной новизне.

Credit: www.nature.com 

Как исследовать научение у мышей?

Как же создать у мышей ощущение новизны, да еще и разного типа? Для этого ученые решили применить оптогенетику, освещая аксонные окончания в зубчатой извилине и области CA2 гиппокампа. Ощущение контекстуальной новизны они создавали при помощи лабиринта. В лабиринте были различные ориентиры на стенках, которые мыши могли использовать для навигации. Мышь три раза путешествовала по лабиринту, после чего время, необходимое для поисков выхода, существенно уменьшалось. Это означало привыкание – мышь изучила и запомнила новый лабиринт. В этот момент некоторым мышам освещали окончания аксонов SuM, которые, как мы выяснили, находятся в зубчатой извилине.

Затем ученые изменяли уже знакомый лабиринт (контекст), располагая в нем другие подсказки и ориентиры. Мыши из контрольной группы демонстрировали увеличение времени на исследование лабиринта при такой контекстуальной новизне. Однако, у мышей с освещенными аксонами супрамаммилярных ядер в зубчатой извилине такой реакции не возникало. Для них это как будто был тот же самый лабиринт. Как только воздействие светом завершалось, эти мыши могли вновь воспринимать контекстуальную новизну.

Для оценки социальной новизны ученые подкладывали к исследуемой мыши другую, новую мышь. Засекалось время, в ходе которого грызун изучал нового жителя его клетки. Приблизительно через час ситуацию изменяли: мышам подкладывали либо новую мышь, либо ту же самую. При этом стимулировались уже известные нам зоны – DG и CA2.

Оказалось, что у тех мышей, у которых стимулировалась область CA2, была нарушена социальная память. Эти мыши вновь показывали высокий уровень социального контакта, будто заново исследовали нового друга (даже если он оставался прежним). Это позволило предположить, что нейронный путь от супрамаммилярных ядер к CA2 может изменять наше поведение, связанное с социальной новизной, но не контекстуальной.

Ученые делают попытку объяснить такую избирательность супрамаммилярных ядер к новой информации. Такое «разделение обязанностей» может быть обусловлено тем, что зоны DG и CA2 связаны с совершенно разными, расположенными в разных местах, областями мозга.

С помощью трассировки нейронных связей удалось установить (хотя без статистической значимости, что важно), что нейроны зубчатой извилины в большей степени связаны с зонами, ответственными за вознаграждение, а также с моторными зонами. Область же CA2 имеет больше связей с паравентрикулярным гипоталамусом – зоной, которая чаще активируется при социальных контактах.

Текст: Никита Отставнов

Chen, S., He, L., Huang, A.J.Y. et al.A hypothalamic novelty signal modulates hippocampal memory. Nature586, 270–274 (2020).

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2771-1