В мозгу человека нашли аналог кэш-памяти

Группа ученых из США и Бельгии с помощью магнитной стимуляции мозга перехватила воспоминания на пути из кратковременной в долговременную память. Статья опубликована в журнале Science,кратко о ней рассказывается в редакционном материале издания.

Память принято делить на два типа: кратковременную и долговременную. Кратковременная, или рабочая память, отвечает за способность «держать в уме» небольшое количество информации, необходимое для выполнения кратковременных действий. В кратковременной памяти информация хранится в течение нескольких секунд. После этого информация (если она важна) переходит в долговременную память в ходе процесса, называемого консолидацией памяти. В долговременной памяти информация за счет перманентно измененных нейронных связей может удерживаться в течение неограниченного времени.

Рабочая память, как традиционно считается, основана на непрерывной активности нейронов, обрабатывающих информацию, которую мозг использует «прямо сейчас». Однако последние исследования указывают на то, что информация может храниться в кратковременной памяти не только за счет повышенной активности нейронов, но и за счет кратковременного изменения силы синапсов (кратковременной синаптической пластичности), основанного на временном изменении концентрации ионов кальция в пресинаптическом пространстве. Авторы новой статьи решили «отследить» информацию в момент, когда она уже не кодируется активностью нейронов, но еще и не попала в долговременную память.

Для этого они сначала показывали испытуемым серии картинок с лицами, словами или точками, движущимися в определенном направлении. На втором этапе испытаний участникам показывали две картинки одновременно — например, лицо и слово — и при этом просили концентрироваться только на одном стимуле из двух. Активность мозга добровольцев записывали с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) и электроэнецефалографии (ЭЭГ) и затем классифицировали виды активности, соответствующие каждому из показанных испытуемых стимулов.

Во втором этапе испытаний сначала регистрировалась нейронная активность, соответствующая обоим стимулам. Однако очень скоро фМРТ-метка (нейронная активность), соответствующая стимулу, на который испытуемый не обращал внимания, снижалась до базового уровня — что, казалось бы, говорило о том, что этот стимул уже «забыт». Однако на ЭЭГ активность, соответствующая этому «забытому» стимулу, сохранялась — то есть стимул все-таки еще присутствовал в рабочей памяти. При этом через несколько секунд испытуемые могли без проблем вспомнить тот стимул, который они, казалось бы, забыли.

Чтобы проследить путь этого «забытого» стимула, в третьем этапе испытаний авторы использовали транскраниальную магнитную стимуляцию мозга — метод, позволяющий неинвазивно стимулировать кору головного мозга короткими магнитными импульсами. Испытуемых просили выполнить то же задание с двумя стимулами, что и во втором этапе. Сразу после того, как фМРТ-метка «забытого» стимула исчезала, мозг испытуемых стимулировали магнитными импульсами. Оказалось, что фМРТ-метка «забытого» стимула при этом возвращалась — то есть нейронная активность, соответствующая этому стимулу, снова повышалась. При этом, когда магнитными импульсами прицельно стимулировали участок мозга, соответствующий «забытому» стимулу, процесс реактивации нейронной активности был еще более заметным.

Результаты подтверждают предположения о том, что, помимо «классической» рабочей памяти, основанной на активности нейронов, существует и другой ее тип, который авторы назвали «приоритетной долговременной памятью». Основана она на кратковременной синаптической платичности или на других механизмах, пока не ясно: в работе не исследуются механизмы, с помощью которых этот тип памяти может работать. По словам самих авторов, исследование представляет собой только самый первый этап в понимании того, что происходит с информацией на пути из кратковременной в долговременную память.

Недавно американский стартап Kernel объявил о начале разработки имплантата для улучшения памяти и обучаемости людей с нарушениями этих функций — например, при болезни Альцгеймера. Имплантированные в гиппокамп (отдел мозга, играющий ключевую роль в процессах запоминания и обучения) электроды будут регистрировать сигналы от нейронов, воспринимающих информацию, обрабатывать их и стимулировать нейроны, отвечающие за преобразование информации в долгосрочные воспоминания. Подробнее о том, как могут работать такие импланты, можно почитать здесь. Ранее ученым с помощью стимуляции мозга постоянным током уже удалось улучшить кратковременную память пациентов с шизофренией.