Две важные работы по памяти появились за последний месяц, проясняющие очень много.

Две важные работы по памяти появились за последний месяц, проясняющие очень много. И укрепляющие несколько глобальных теорий мозга, памяти и всего.

В первой на эпилептиках (эпилептики – пока по сути единственный вариант изучать мозг на уровне клеток у человека) показано, как отдельные нейроны в гиппокампе и прилежащей к нему энторинальной коре обновляют кодирование концептов за одно (!) предъявление. То есть раньше нейрон реагировал на чью-то морду, потом ему один раз показали эту морду плюс фон, теперь он реагирует и на морду, и на фон.

Во второй на мышах показано, как происходит формирование гиппокампальных ассоциаций за один цикл взаимодействия двух потоков информации. Гиппокамп контактирует с энторинальной корой (одним из высших ассоциативных центров мозга, собирающим информацию вообще отовсюду, если вы помните мой пост про крысиный коннектом) через два потока.

Первый поток идёт через область гиппокампа, называемую CA3, и оттуда поступает в область, называемую CA1, известную тем, что в ней формируются знаменитые клетки места, то есть нейроны, реагирующие на определённую точку пространства. В ту же область CA1, в те же нейроны, но с другой стороны поступает ещё один поток информации из энторинальной коры (EC), теперь уже прямой. Итого CA1 получает инпут напрямую из EC и из CA3.

Первый инпут (из EC) – это контекст. Например, геометрические параметры текущей комнаты и ориентации тела (клетки решётки, клетки границы, клетки поворота головы и т.п.). Второй инпут – это конкретная ситуация, то есть обновление эпизода новой информацией. Например, что-то, что произошло в текущей конфигурации контекста. Удар током, допустим.

Первый инпут медленными тета-волнами долбит в вытянутые далеко ввысь дендриты CA1. Второй инпут быстрыми гамма-волнами фигачит в самую чувствительную точку – тела нейронов CA1. Когда гамма-волны и тета-волны совпадают по фазе, это вызывает в нейроне CA1 состояние, называемое дендритным плато. Это как знаете, Супер Марио, который съел звезду и на минуту стал суперсильным и неуязвимым. Вот совпадение фаз двух инпутов приводит к тому, что мембрана в дендрите разряжается очень сильно, это открывает потенциал-зависимые кальциевые каналы и NDMA-рецепторы, что, в свою очередь, вызывает ещё больше разряжения, которое некоторое время поддерживает само себя, и в результате нейрон безостановочно колбасит сотни миллисекунд (это очень много). В конце концов он успокаивается, но из-за того, что его так долго и сильно колбасило, контакты с инпутами, которые к этому привели, резко усиливаются. Это фундаментальное свойство синапсов: контакты, приводящие к сильному возбуждению, усиливаются. Принцип, также известный, как обучение Хебба и элегантно формулируемое во фразе fire together – wire together. Вуаля – вы получаете ассоциацию контекста и ситуации в одном отдельно взятом нейроне CA1.

Самое крутое и мозголомное заключается в том, что изначально распределение инпутов, по всей видимости, совершенно случайное, и более того, любой нейрон CA1 потенциально получает инпут от всех (или большинства) возможных контекстов (!!!). То есть каждый нейрон CA1 может потенциально стать узелком между любым контекстом и новой информацией, в него впрягаемой, если они внезапно совпали по времени. Это может происходить случайным образом: сидел-сидел себе нейрон CA1, крыса бегала-бегала по кругу, вдруг у неё замкнуло (в прямом смысле) репрезентации геометрии комнаты и репрезентации текущих ощущений на этом конкретном нейроне, в нём шарахнуло дендритное плато, и всё: на следующем круге этот нейрон уже кодирует ту точку, в которой это произошло. Вот вам и клетка места. Это показано на прилагаемой картинке: сверху вниз нарисовано поведение одного отдельно взятого нейрона на последовательных кругах, которые крыса наматывает, слева направо – время. На шестом круге нейрон молчит, вдруг на восьмом ТЫДЫЩ – дендритное плато – и на десятом он уже орёт во всё горло именно в той точке, где его долбануло.

Как это соотносится с первой работой на эпилептиках? Мы все понимаем (но никто ведь не скажет напрямую, потому что мыжучёные), что клетки места – это просто частный случай любой эпизодической памяти. Их просто легко измерить, потому что вот есть круговая дорожка, и вот смотрите, в какой точке работает нейрон. Это единственный способ более-менее понять, что мышь думает. Но по всей видимости, всё то же самое относится к любому запоминанию или обновлению памяти. Глобальный контекст задаёт канву в виде тета-волны, вызываемой корой на дендритах нейрона CA1. Новая информация нанизывается на него гамма-волнами у тела нейрона CA1. Когда они совпадают по времени – возникает дендритное плато, нейрон колбасит, он связывает одно с другим и возвращает информацию обратно в кору в виде обновлённого контекста. В результате, например, нейрон, который раньше реагировал на чью-то морду, после совместного предъявления морды и фона начинает реагировать на морду и фон.

Опять двухсторонний поток информации. Опять детекция совпадений. Опять предсказание и ошибка предсказания. Всё сходится, всё постепенно укладывается в одну глобальную логически стройную картину работы мозга. Я понимаю, что вам сложно, мне тоже сложно, но кто сказал, что будет легко.

Комментарии: