Учёные нашли «тайник памяти» в мозге

Американские исследователи обнаружили неизвестную раннее функцию одной из частей мозга, которая не только обрабатывает сенсорную информацию, но и управляет некоторыми сложными процессами, связанными с обучением. К таким выводам учёные пришли после экспериментов с участием мышей. Исследование опубликовано в журнале Cell Reports.


Нейроны имеют более сложную форму по сравнению с другими клетками, они обладают отростками, с помощью которых контактируют с другими нейронами. Мозг мастерски налаживает связи или ассоциации между, казалось бы, разрозненными частями информации, но вопрос о том, где эти ассоциации хранятся, остается пока нерешенным.

«Благодаря сегодняшним исследованиям мы не только стали свидетелями того, как эти ассоциации формируются в режиме реального времени на уровне отдельных клеток мозга, но и показали, что этот тип обучения происходит в области мозга, которая, как считается, не способна на это», – говорит ученый Рэнди Бруно (Randy Bruno), один из главных исследователей проекта.

В ходе эксперимента ученые из Университета Колумбии заставили мышей выполнять простые команды. Грызуны должны были в темной коробке с помощью своих усов найти маленький столб. После этого животные двигали рычаг, который давал им воду в качестве награды.

«Поскольку эта задача включала в себя осязание животных, мы ожидали, что нейроны в соматосенсорной коре будут срабатывать в тот момент, когда усы касаются полюса – что и происходило, – добавляет Бруно. – Но во время второй части задания, когда животные получали награду в виде воды, те же самые нейроны активизировались второй раз, чего мы не ожидали».

При этом ранее считалось, что сенсорная кора просто передает основную информацию о внешнем раздражителе – таком как мышиные усы, касающиеся чего-либо. Информация отправляется в ассоциативную зону коры головного мозга, которая собирает и систематизирует информацию для дальнейшей обработки в лобной доле – одной из наиболее сложных областей мозга.

А когда исследователи во время эксперимента убрали столб, животные, которых обучали выполнять эту задачу, удивили ученых. Соматосенсорные нейроны животных все еще срабатывали, когда им давали воду, но при этом вода не влияла на их активность у тех животных, которые никогда не изучали задачу. Таким образом, подобная ассоциация оказалась явно приобретенной.

Активация апикальных дендритов соматосенсорных нейронов в ответ на награду


Это значит, что простые ассоциации можно изучить быстрее и лучше, если основные сенсорные области будут выполнять часть работы с самого начала.

«Например, когда вы узнаете, что знаки STOP красного цвета и имеют четкую и единую форму, процесс торможения у вас начинается задолго до того, как вы действительно прочитаете слово STOP – это явная способность, которая имеет значительные преимущества для выживания», – говорят авторы.

 


Текст: Алексей Гоян

Reinforcement Learning Recruits Somata and Apical Dendrites across Layers of Primary Sensory Cortex by Clay O. Lacefield Eftychios, A. Pnevmatikakis, Liam Paninski, Randy M. Bruno in Cell Reports. Published February 2019.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.01.093