Чтобы запоминать, мозгу необходимо забывать

сследователи обнаруживают свидетельства того, что нервная система активно удаляет старые воспоминания, из чего следует, что мозг по умолчанию может работать в режиме забывания

Десятилетиями исследования концентрировались на том, как мозг получает информацию, в результате чего появились теории, согласно которым краткосрочные воспоминания кодируются в мозге в виде карт активности нейронов, а долгосрочные откладываются как связи между нейронами.

Однако вопрос того, как мозг забывает, получал гораздо меньше внимания. “Большую часть вещей, происходящих в моей жизни, – например осознанные ощущения, которые я испытываю в данный момент, – я, скорее всего, не вспомню, когда мне будет 80”, – сказалМайкл Андерсон, исследователь памяти в Кембриджском университете, изучающий процесс забывания с 1990-х. “Почему же нейробиология никогда не воспринимала забывание всерьёз?”

“Если бы мы не забывали, у нас вообще не было бы памяти”, – сказал Оливер Хардт, изучающий память и забывание в Университете Макгилл в Монреале. Если бы мы помнили всё, сказал он, это было бы совершенно неэффективно, поскольку наш мозг был бы переполнен ненужными воспоминаниями. “Я считаю, что мозг работает, как беспорядочное кодирующее устройство”, – сказал он, отметив, что вечером люди способны вспомнить даже самые малозначительные события дня, но затем в течение следующих дней или недель они забывают их.

Он считает, что это происходит потому, что мозг не может сразу же разобраться в том, что важно, а что нет, поэтому, сначала он пытается запомнить как можно больше, но постепенно забывает большую часть вещей. “Забывание работает как фильтр, – сказал Хардт, – и отфильтровывает то, что кажется мозгу незначительным”.

Эксперименты последних лет, наконец, начинают прояснять природу этого фильтра.

Следы воспоминаний

Память – тема сложная по многим причинам, не последней из которых служит то, что память есть у множества существ – от простейших организмов вроде голожаберных моллюсков и насекомых до людей и других животных со сложным мозгом. Различия в механизмах работы памяти иногда соответствуют различиям в архитектурах нервных систем.

Более того, даже у одного вида может наблюдаться несколько типов памяти, и они могут быть взаимосвязаны, но при этом распределены по различным участкам мозга. К примеру, недавно приобретённые воспоминания у млекопитающих часто зависят от работы гиппокампа, а долговременная память может быть больше связана с корой головного мозга. Механизмы этих воспоминаний также могут отличаться от одного типа памяти к другому.

И вместе со всем этим разнообразием появляется всё больше фактов признания того, что забывание – функциональная потеря воспоминаний – также может принимать разные формы. Прошлые теории забывания в основном концентрировались на относительно пассивных процессах, в которых потеря памяти была следствием естественного распада или усложнения доступа к физическим следам воспоминаний (тому, что некоторые исследователи называют “энграммами”). Эти энграммы обычно представляют собой связи различных клеток мозга, побуждающие их активизироваться определённым образом. В процесс забывания может входить спонтанный распад связей между нейронами, кодирующими воспоминание, случайная смерть этих нейронов, отказ систем, обычно помогающих консолидировать и стабилизировать новые воспоминания, или потеря контекстных подсказок или других факторов, усложняющих извлечение воспоминания.

А сейчас исследователи гораздо больше внимания уделяют механизмам, активно стирающим или прячущим эти энграммы памяти.

Встроенное забывание

Одна из форм активного забывания,формально определённая учёными в 2017 году, называется встроенным забыванием. В ней участвует определённый набор клеток мозга –Рональд Дэйвис и И Чжун, написавшие работу, где была представлена новая идея, называют их “клетки забывания” – вызывающие деградацию энграмм в клетках памяти.

Эта идея появилась после того, как Дэйвис, нейробиолог из Исследовательского института Скриппса и его коллеги сообщили о результатах эксперимента, в котором они подвергали плодовых мушек воздействию слабых токов, одновременно давая им почувствовать определённый запах. Мушки быстро научились избегать этого запаха, связав его с ударами тока.

Дэйвис с коллегами изучали определённый набор нейронов в мозге плодовых мушек, постоянно выпускающие нейромедиатор дофаминв другие клетки, называемыегрибовидными телами. Они обнаружили, что дофамин играет двойную роль, формирования воспоминаний и забывании. После тренировки мушек, Дэйвис с коллегами заблокировали выпуск дофамина на грибовидные тела, и обнаружили, что спустя три часа оценки качества воспоминаний мушек были в этом случае в два раза выше.

Дэйвис с командой объяснили это тем, что после формирования новой памяти, механизм забывания, основанный на дофамине, начинает её стирать. Дэйвис считает, что стирание происходит из-за того, что клетки обращают вспять структурные изменения, создавшие энграмму памяти. Естественной склонностью клеток является возврат к тому состоянию, которое было у них до формирования воспоминания – если только данная мысль не будет отмечена, как особо важная. В этом случае энграмма сохраняется в некоем укрепляющем процессе, поддерживающем баланс между выученным и забытым.

“Возможно, мозг устроен так, чтобы забывать”, – сказал Дэйвис. Где-то в мозге, отметил он, может быть некий арбитр, приказывающий ему отменить процесс забывания, встречая нечто, стоящее того, чтобы запомнить это надолго.

Чжун, нейробиолог из университета Цинхуа в Пекине, и его команда, также успешно манипулировали процессом забывания у мышей. В 2016 году они обнаружили, что подавление определённого белка, Rac1, в нейронах гиппокампа, во многих случаях продлевает удержание воспоминаний от периода менее 72 часов до периода не меньше 120 часов. Увеличение активности Rac1 уменьшает время жизни воспоминаний до периода меньше, чем 24 часа. В ранней работе группы Чжуна было продемонстрировано, что Rac1 также участвует в нескольких видах процессов забывания у плодовых мушек.

Как утверждали Дэйвис и Чжун в ихсовместном обзоре от 2017 года, все эти открытия говорят о том, что клеточные процессы, управляемые дофамином и Rac1, постоянно разъедают недавно сформированные воспоминания. “С этой точки зрения, – писали они,- забывание, управляемое внутренними механизмами забывания, может являться обычным состоянием мозга; встроенное забывание может хронически действовать на нижнем уровне, медленно устраняя каждое из новоприобретённых воспоминаний, хотя эффективность этого процесса может регулироваться внутренними или внешними факторами”.

ННовые нейроны и старые воспоминания

Ещё один клеточный процесс, который, судя по всему, вызывает свою особую форму забывания, это нейрогенез – рождение новых нейронов в мозге.

Связь нейрогенеза с памятью и забыванием довольно сложна. В предыдущих исследованиях было показано, что нейрогенез может играть важную роль в формировании новых воспоминаний. У лабораторных животных подавляющие нейрогенез в гиппокампе препараты могут мешать формированию новых воспоминаний, а препараты, усиливающие нейрогенез, по-видимому, помогают обучаться новым задачам, если принять их до начала обучения.

Но не все эти эффекты положительно влияют на память – это обнаружилиПол Фрэнкланд, нейробиолог из Университета Торонто и Детского госпиталя, и его коллеги, работая с мышами.

В их эксперименте они сначала позволили мышам создать воспоминания, тренируясь в выполнении задачи. Много часов спустя при помощи медикаментов они подняли уровень нейрогенеза у животных, чтобы проверить, повлияет ли интеграция новых нейронах в гиппокампе на стабильность уже оформленных воспоминаний. Когда команда Фрэнкланда проверила этих мышей через месяц, они гораздо хуже вспоминали о тренировке, чем мыши, которым не подстёгивали нейрогенез.

Фрэнкланд подозревает, что нейрогенез может усложнять задачу извлечения предыдущих воспоминаний из гиппокампа. Если заново появившиеся нейронные связи перекрываются с контурами, хранящими старые воспоминания, они могут повредить более старые энграммы, или усложнить изоляцию старых воспоминаний от новых. Он привёл аналогию с ремонтом электроники: “Если вы начинаете менять монтаж проводов, – сказал Фрэнкланд, – то любая хранящаяся в этом контуре информация может повредиться”.

Одно свидетельство в поддержку его теории появилось в дополнительнойработе, опубликованной в этом году, в которой было показано, что пагубное влияние нейрогенеза в гиппокампе сильнее вредит относительно недавним воспоминаниям. Более старые воспоминания, судя по всему, от него не страдают. Фрэнкланд объясняет это тем, что старые воспоминания менее чувствительны к этому, поскольку мозг постепенно перемещает важные воспоминания из гиппокампа в кору для долговременного хранения. Следовательно, сегодняшний нейрогенез в гиппокампе больше вредит воспоминаниям недельной давности, чем воспоминаниям прошлого месяца или года.

И в самом деле, отметил Фрэнкланд, забывание, вызванное перемоделированием контуров гиппокампа в результате нейрогенезиса, происходит медленнее, чем встроенное забывание на основе дофамина и Rac1, изученное Дэйвисом и Чжуном. На построение связей, поддерживающих процесс забывания, у новых нейронов уходит несколько недель.

ЧЧто происходит с забытыми воспоминаниями?

Когда воспоминания забываются при помощи какого-то механизма, что происходит с ними? Уничтожаются ли их следы полностью, или же они остаются в некоем виде, недостижимые для нас?

Несколько ответов, судя по всему, применимых к некоторым типам воспоминаний, можно найти в работе, опубликованной в прошлом годуРобертом Калин-Ягеманом и Ириной Калин-Ягеман, супружеской парой исследователей, управляющихлабораторией нейробиологии поведения в Доминиканском университете в Ривер-Форест, шт. Иллинойс. Эта пара, десять лет изучавшая формирование памяти у голожаберных моллюсков, недавно переключила внимание на нейробиологию того, как у животных происходит забывание.

На первой стадии эксперимента Калин-Ягеманы повышали чувствительность одной части тела к ударам током. Они, по сути, учили моллюсков демонстрировать увеличенную рефлексивную реакцию на натренированной стороне тела. Затем они позволили моллюскам забыть приобретённый отклик в течение недели отдыха, чтобы их реакция на удары снова выровнялась.

Затем исследователи подстегнули память моллюсков новой серией умеренных ударов током. На следующий день они заметили, что та сторона тела, которая раньше была обучена особой реакции, снова реагирует сильнее нетренированной. Эти различия показали, что некая часть воспоминания сохранилась в мозге животного. “Животное поменяло поведение из-за нервной системы, закодировавшей болезненное ощущение”, – сказал Роберт Калин-Ягеман.

“Это говорит о том, что на тренированной стороне всё ещё присутствует некий фрагмент предыдущего воспоминания”, – сказал он, что говорит “о какой-то латентной части мозга”, сохранившей эту ассоциацию. Даже через неделю – значительный промежуток жизни моллюска, длящейся всего год – мозг всё ещё не вернулся к состоянию, предшествующему получению этой памяти. “Наши результаты поддерживают идею о том, что в мозге происходит не просто пассивный распад воспоминаний”, – говорит Ирина Калин-Ягеман. “Представление о том, что всё просто постепенно и полностью исчезает, неверно”.

Чтобы получше узнать, что именно сохранилось в процессе забывания, Калин-Ягеманы и их коллеги изучилиэкспрессию генов с обеих сторон мозга животного, уделяя особенное внимание 1200 генов, связанных в предыдущих исследованиях с хранением памяти у моллюсков. Они обнаружили, что уже после того, как животные, вроде бы, забыли о полученных ударах током, одиннадцать из этих генов продолжали оставаться активными с одной стороны их мозга – но не с другой.

Почему именно эти 11 генов были активными и какую функцию они выполняли – неизвестно до сих пор. Учёные даже не уверены, что их активность напрямую связана с забытым воспоминанием; исследователям нужно будет поиграть с этими генами, чтобы выяснить это. Но Калин-Ягеманов очень интересует возможность того, что эти гены могут быть связаны с памятью – и либо поддерживать остатки энграммы, либо удалять её.

Калин-Ягеманы также сообщили об ещё одном связанном с этой темой наблюдении – повышении экспрессии нейрохимического веществаFMRFamide (феметаргфамид), работающего у моллюсков сходным образом с тем, как дофамин работает у млекопитающих. Если всё так и есть, то возможно, что FMRFamide может вырабатываться для разрушения воспоминаний в процессе, похожем на тот, что описывал Дэйвис в связи с дофамином и встроенным забыванием у плодовых мушек.

Манипулируя воспоминаниями

Роберт Калин-Ягеман считает очень интересным тот факт, что забывание является биологическим процессом, сходным с пищеварением или выделением, поскольку, хотя бы в теории, это означает, что его можно ускорить или замедлить. Он осторожно предполагает, что если эти открытия окажутся применимы к людям, будущие исследователи смогут помочь людям забывать плохие воспоминания и дольше помнить хорошие.

Управление процессом забывания может в итоге пригодиться в лечении нейродегенеративных заболеваний типа болезни Альцгеймера, и других типов когнитивных ухудшений, из-за которых у пожилых людей наблюдается чрезмерно сильный процесс забывания. Оно также может пригодиться для смягчения посттравматических синдромов, в результате которых пациенты концентрируются на определённых мыслях. “Можно представить себе, что если мы сумеем подключиться к процессу забывания мозга, то мы сможем ослабить эти неадаптирующиеся воспоминания”, – сказал Фрэнкланд. Он отметил, что контролируемое забывание также может пригодиться в избавлении от пагубных зависимостей.

Дэйвис сказал, что потенциал будущего применения этих знаний может зависеть от понимания всех механизмов активного забывания. Он предсказал, что, вероятно, существует несколько процессов, пока неизвестных науке.

Но перед тем, как контролируемое забывание начнут применять в клинических условиях, эту процедуру обязательно будут тщательно изучать специалисты по этике. “Вероятно, есть некоторые опасности, связанные с возможностью выборочного забывания, – добавил Фрэнкланд. – Но если вы будете принимать лекарство, обеспечивающее забывание общего характера, то в этом мне видится уже меньше этических проблем”.

Источник: m.vk.com

Комментарии: