Память переживает спячку: учёные выяснили, почему воспоминания не исчезают, когда мозг теряет связи
Долговременные воспоминания, возможно, «закрепляются» в мозге не по тем причинам, о которых мы думали. Исследование мышей в искусственной спячке показало: вместо множества отдельных прочных связей между нейронами, которые при спячке обычно сокращаются, долгоживущей памяти, судя по всему, нужны более высокоуровневые паттерны связности. «Похоже, топологическая архитектура более широкой сети важнее», чем отдельные крепкие контакты, — заявил соавтор работы Кадзумаса Танака, руководитель отдела исследований памяти Окинавского института науки и технологий.
Результаты, опубликованные в четверг, 13 августа, в журнале Science, усложняют картину того, как работает удержание воспоминаний. Танака и его коллеги использовали спячку, потому что прошлые исследования показали: у животных в гибернации мозг уменьшается и сокращает межклеточные связи во время длительных периодов низкой метаболической активности. Активность мозга при этом замедляется почти до нуля, и потеря связей, как считается, связана с этим энергосберегающим механизмом. Несмотря на уменьшение мозга, животные, впадающие в спячку, — например, альпийские сурки и европейские суслики, — сохраняют воспоминания, сформированные до неё. «Некоторые исследования показывают, что их память остаётся нетронутой: они помнят сородичей, друзей и места, где спрятана еда», — рассказал Танака.
«Переключатель» спячки в мозге
Центральная догма нейронауки гласит: воспоминания создаются, когда связи между нейронами становятся сильнее. В процессе долговременной потенциации (LTP) нейроны, часто посылающие химические сигналы соседям, начинают выделять больше этих сигналов, а соседи усиливают чувствительность, увеличивая число рецепторов и размер дендритных шипиков — структур, принимающих сигналы. Так на синапсе возникает прочная связь. Старая поговорка резюмирует идею: «Нейроны, которые возбуждаются вместе, связываются вместе». «Не думаю, что наше исследование опровергает LTP-гипотезу, — отметил Танака. — Но для удержания воспоминаний во времени LTP может быть не самым важным ингредиентом».
Недавние исследования показали, что структуры памяти в мозге очень динамичны: физические следы воспоминаний «дрейфуют» в течение нескольких дней, и исходные LTP-усиленные связи, создавшие воспоминание, могут теряться, а память остаётся. Вопрос — как. Новая работа сосредоточилась на гиппокампе — главном центре обработки памяти, и на эпизодических воспоминаниях, связанных с конкретными событиями. Такие воспоминания рождаются в гиппокампе и со временем переносятся в другие отделы для сверхдолгого хранения, но некоторые контекстуальные детали, возможно, навсегда остаются там. Исследователей интересовал начальный период хранения в гиппокампе, поэтому мышей обучали новым воспоминаниям: в одном эксперименте — ассоциировать обстановку с лёгким ударом по лапам, в другом — запоминать расположение сахарных гранул в лабиринте. Затем животных вводили в искусственную спячку на два дня, активируя особые нейроны, найденные в прошлых работах. Уже через несколько минут мозг начинал меняться. «Мы знали, что ремоделирование будет, но масштаб оказался гораздо больше ожидаемого, — сказал Танака. — Через 30 минут мозг уже сокращал синапсы, а через 24 часа исчезло более половины из них».
Воспоминания полностью целы
Несмотря на столь резкие изменения, мыши помнили всё, чему научились до спячки: они замирали в той же обстановке и так же легко находили еду в лабиринте. «Поведение животных со спячкой и без неё не отличается вообще», — отметил Танака. Чтобы понять, как это возможно, учёные сравнили спящих мышей с другой группой, которую держали под длительной анестезией и обрабатывали веществом, блокирующим усиление синапсов. У второй группы тоже пропало много синапсов, но, в отличие от спящих, воспоминания не сохранились. В чём разница? В мозге спящих мышей некоторые кластеры синапсов оказались устойчивыми и пережили отбраковку. Эти сохранённые связи тяготели к узлам, где один нейрон соединялся сразу с несколькими соседними клетками, а также к местам, где множество дендритных шипиков было собрано близко друг к другу. «Эта уникальная структура сохраняется во время спячки, — объяснил Танака. — Под анестезией она полностью разрушается». Размер шипиков, судя по всему, значения не имел — ключевым оказался именно кластерный паттерн.
Впереди много работы: учёные характеризуют кластеры на молекулярном уровне, планируют манипулировать их структурой и выяснять, как мозг избирательно сохраняет одни связи и убирает другие. Результаты могут пригодиться и инженерам для хранения данных в компьютерных системах, но главное — они углубляют понимание того, как физические следы памяти в мозге могут так сильно меняться, не разрушая саму память. «Этим исследованием мы просто приоткрыли ещё одну дверь к решению проблемы», — заключил Танака.
Источники:
Lin, Y.J., Takahashi-Nakazato, A., Tsutsumi, K., Takahashi, T., et al. (2026). Artificial hibernation reveals synaptic engram architecture associated with memory retention. Science (393). https://doi.org/10.1126/science.aee7004
