Работа кратковременной памяти в деталях
Идентифицирована группа клеток, помогающих координировать мозговые функции концентрации и хранения при кратковременном запоминании информации.
Исследователи из Сидарс-Синай обнаружили, каким образом клетки мозга, отвечающие за рабочую память — тип памяти, необходимый для запоминания достаточно длинного телефонного номера для того, чтобы сразу набрать его — координируют целенаправленную концентрацию и
кратковременное хранение информации.
Исследование, детально описывающее открытие, опубликовано в журнале Nature.
«Мы впервые идентифицировали группу нейронов, на которые влияют два типа мозговых волн, которые координируют когнитивный контроль и хранение сенсорной информации в рабочей памяти», — говорит Джонатан Дом (Jonathan Daume), доктор философии, постдок в лаборатории Рутисхаузера в Сидарс-Синай и первый автор исследования. «Эти нейроны не содержат и не хранят информацию, но являются критически важными в хранении кратковременных воспоминаний».
Рабочая память, которая требуется, чтобы информация хранилась в мозгу всего несколько секунд, хрупка и требует, чтобы сохранялась непрерывная концентрация, говорит Уэли Рутисхаузер (Ueli Rutishauser), доктор философии, директор Центра нейрологии и медицины в Сидарс-Синай и старший автор исследования. На неё могут влиять различные заболевания и состояния.
«В таких расстройствах, как болезнь Альцгеймера или синдром дефицита внимания с гиперактивностью, проблемой является не хранение информации, а, скорее, способность концентрироваться на памяти как только она сформирована и удерживать её», — говорит Рутисхаузер, профессор нейрохирургии, неврологии и биомедицинских наук в Сидарс-
Синай. «Мы полагаем, что понимание контролирующего аспекта рабочей памяти является фундаментальным для разработки новых методов лечения этих и других неврологических состояний».
Чтобы исследовать, как работает рабочая память, учёные фиксировали мозговую активность 36 пациентов, которым хирургическим образом были имплантированы электроды (не для данного исследования, это было частью процедуры по диагностике эпилепсии).
Группа фиксировала деятельность отдельных клеток мозга и мозговых волн в то время, когда пациенты выполняли задания, требующие использования кратковременной памяти.
На экране компьютера пациентам показывали либо отдельное фото, либо последовательность из трёх фотографий — людей, животных, предметов или ландшафтов. Затем экран потухал менее чем на три секунды, чтобы пациенты запомнили только что увиденные снимки. Затем им показывали другое фото и просили решить, был ли это тот же самый снимок (или один из трёх снимков), который они видели ранее.
Когда пациенты, выполнявшие задание, отвечали правильно — быстро и точно — исследователи замечали, что срабатывали две группы нейронов: категориальные нейроны, которые реагируют на одну из категорий, показанных на фото (например, животные) и нейроны «фазоамплитудной синхронизации» или ФАС (PAC, phase-amplitude coupling).
ФАС-нейроны, впервые идентифицированные в этом исследовании, не хранят никакой информации, но используют процесс фазоамплитудной синхронизации, чтобы обеспечить концентрацию и хранение категорийными нейронами полученной ими информации. ФАС-нейроны работают синхронно как с тета-волнами мозга, которые связаны с концентрацией и контролем, так и с гамма-волнами, которые связаны с обработкой информации. Это позволяет им координировать активность с категориальными нейронами, которые также синхронизированы с гамма-волнами, что в итоге усиливает способность человека извлекать информацию, хранящуюся в рабочей памяти.
«Представьте себе, когда пациент видит фото собаки, его категориальные нейроны начинают отрабатывать сигнал «собака, собака, собака», в то время как ФАС-нейроны отрабатывают «сконцентрируйся/запомни», — говорит Рутисхаузер. «За счёт фазоамплитудной синхронизации, обе группы нейронов создают гармонию, накладывая свои сообщения друг на друга, в результате получая «запомни собаку». Это та ситуация, когда целое — больше суммы слагаемых, как звучание играющих вместе музыкантов оркестра. Дирижёр, подобно ФАС-нейронам, координирует игру разных музыкантов, чтобы они играли гармонично».
ФАС-нейроны выполняют эту работу в гиппокампе, важная роль которого для долговременной памяти давно известна. Текущее исследование даёт первое подтверждение тому, что гиппокамп также играет роль в контролировании кратковременной памяти, говорит Рутисхаузер.