В ходе опытов на крысах, результаты которых опубликованы в журнале Neuron, исследователи из Массачусетского технологического института во главе с Мэттью Уильсоном регистрировали электрические импульсы, которыми обменивались нейроны гиппокампа – отдела мозга, который, как ранее было известно, отвечал за ориентацию животных на местности.

Нейробиологи из Массачусетса работали над задачей, которой занимаются ученые на протяжении уже многих десятилетий: они изучали ориентацию животных на местности – то, как крысы запоминают дорогу из одной точки в другую и выбирают из всех возможных направлений правильное.

«Клетки места»

Так, в 1971 году в ходе одного из экспериментов ученые выявили, что нейроны головного мозга крыс активизируются тогда, когда животное находится в определенном месте лабиринта. Во всех других участках, кроме одного, клетки импульсов не выдавали. Ученые назвали эти нейроны place cell («клетки места»). Тогда же ученые высказали предположение о том, что в гиппокампе, расположенном практически в центре мозга, хранится своеобразная карта местности, то есть «клетки места» образуют структуру, позволяющую животному успешно прокладывать путь в заданном направлении.

Работу исследователей усложняло то, что гиппокамп оказался очень сложной структурой, вовлеченной во множество разных процессов, в том числе задействованной при переходе памяти из краткосрочной в долговременную.

Так, например, пациент, которому из-за тяжелейших приступов эпилепсии пришлось удалить гиппокамп и часть коры, мог читать одну и ту же газету до дыр. Каждый раз, когда в его палату входил лечащий доктор, он узнавал врача, поскольку был знаком с ним до операции, но здоровался каждый раз заново, даже если тот выходил из палаты на несколько минут.

Нейробиологи, досконально изучившие случай с таким пациентом, выяснили, что память неизвестным образом после обучения перемещается от гиппокампа к коре головного мозга. Если в гиппокампе и хранится карта местности, то она, значит, тоже может перемещаться.

Возможно, конечно, что информация о лабиринтах вообще хранится где-то еще, а гиппокамп всего лишь сравнивает реальную местность с находящейся в мозге картой. Узнать истину по наблюдениям за активностью даже сотен нервных клеток (всего мозг крысы насчитывает десятки миллионов) – задача далеко не простая.

Крысиные сны

В 2006 году было сделано еще одно открытие. Тогда нейробиологи, включая одного из участников нынешнего исследования, пускали крысу по коридору, записывая последовательность импульсов, выдаваемых «клетками места». Такие последовательности регистрировались, конечно, и раньше. Но дело в том, что после остановки животного та же самая очередь нервных импульсов повторилась еще раз, да еще в обратном порядке!

Исследование показало, что животное может проигрывать в мозгу только что пережитый опыт. Вряд ли при этом оно видит пройденный коридор так же, как человек вспоминает свою прогулку по улице, но у крысы как минимум снова активируются те же нервные клетки, причем в обратной последовательности. Почему?

Еще позже активность «клеток места» уже в нормальном направлении зарегистрировали во время сна животных.. И стало понятно, что во сне идет как перестройка памяти, так и воспроизведение пережитого опыта. Конечно, подобные утверждения звучали и раньше, но между психологическими наблюдениями и регистрацией активности конкретных нервных клеток есть колоссальная разница: без точных знаний нельзя, к примеру, найти причины амнезии и подобрать лекарства для ее лечения.

Теперь и наяву

Новые данные были получены при изучении активности нервных клеток крыс снова при прохождении ими лабиринта. Ученые выяснили, что мозг животного комбинирует короткие и проигрываемые с ускорением последовательности импульсов в одну длительную, не обязательно соответствующую только что пройденному пути.

В пресс-релизе Массачусетского технологического института сообщается, что, проходя лабиринт, крыса пытается проиграть несколько различных вариантов пути и использует хранящиеся в памяти фрагменты предыдущего опыта. И хотя говорить об окончательном решении вопроса пространственной ориентации и памяти пока рано, результаты ученых позволяют пролить свет на многие пока не решенные вопросы.

В частности, удалось найти подтверждение тому, что мышление и сон тесно связаны друг с другом. Во сне, как считают авторы исследования, мозг «упаковывает» пережитый опыт в короткие фрагменты, а при мышлении с участием тех же структур комбинирует их друг с другом. Дальнейшее изучение того, как именно это происходит, может привести к пониманию и различных патологических состояний – от амнезии и неспособности ориентироваться на местности до серьезных психических заболеваний вроде шизофрении, при которой нарушается процесс мышления.