Учёные из японского Института мозга RIKEN (RIKEN Brain Science Institute) выяснили, что гиппокамп способен обобщать: он выстраивает последовательность не только мест, но и событий с помощью изменения нейронного кода в мозге крыс.
Такие «клетки события» могут быть связующим звеном между информацией о мире и последующим принятием решения. Результаты работы опубликованы в журнале Neuron.
Команда учёных зафиксировала комплексную активность большого количества нейронов в области CA1 гиппокампа крыс. Многие клетки проявили повышенную активность в ответ на один или оба стимула и сохранили такую активность в течение фазы принятия решения. Это значит, что мозг объединял входные сигналы и хранил их в определённом порядке для облегчения последующего выбора.
Считается, что «частота обновления» гиппокампа составляет около 8 Гц (тета-ритм) и определяет, как часто нейроны обновляют свою активность – феномен, именуемый «фазовая прецессия клеток». Исследователей особенно интересовало, как подобная циклическая организация информации меняется при появлении входных сигналов: например, запаха, затем звука – с последующим принятием решения.
Среди нейронов, которые реагировали на запахи, тета-фазовая прецессия возникала только для «предпочтительных» запахов и сопровождалась синхронизацией их активности в тета-ритме. Это происходило в 90 процентах клеток, чувствительных к запаху, и в таком же высоком соотношении в клетках, чувствительных к выбору.
На более глобальном уровне объединения клеток гиппокампа могут также выстраивать тета-последовательность – управляемые последовательные паттерны активности, отражающие местоположение в прошлом, настоящем и будущем в процессе навигации животного. Чтобы проверить, формируется ли последовательность тета-ритма в ответ на непространственную информацию (события) с комбинацией стимулов для обозначения прошлого, настоящего и будущего, учёные выбрали запах, звуковой сигнал и выбор рычага соответственно:
Выяснилось, что такие последовательности действительно возникали. Удалось даже «декодировать», отражали ли импульсы (спайки) нейронов на разных фазах тета-ритма поступающие в режиме реального времени сигналы – запах, звук или принятие решения.
«Спайки, которые синхронизировались по разным фазам цикла, могли даже указывать, сделала ли крыса правильный выбор с получением награды или выбрала неправильную комбинацию стимулов», — отмечает руководитель исследования Сигейоси Фудзисава (Shigeyoshi Fujisawa).
На последнем этапе исследования условия изменили на противоположные: комбинации звука и запаха, которые раньше приводили к награде, стали неправильными и наоборот. Крысы обучились новым взаимосвязям за несколько дней, и клеточная активность их мозга тоже адаптировалась: наблюдалась фазовая прецессия и синхронизация, как и до изменения условий эксперимента.
Исследователи предполагают, что функция гиппокампа как механизма, лежащего в основе эпизодической и пространственной памяти, заключается в организации сетей из связанных элементов, будь то местоположение или события.
Текст: Светлана Завалишина