Исследования показали, что декларативная память – вид памяти, которую вы можете сознательно вспомнить, например, домашний адрес или имя вашей матери, – зависит от здоровых срединных структур височных долей мозга, включая гиппокамп и энторинальную кору (ЭК). Эти регионы также важны для пространственного познания? лауреатом Нобелевской премии за открытие «ячеек места» и «ячеек сетки» в этих регионах – нейронов, которые активируются, чтобы представлять определенные места в окружающей среде во время навигации (аналогично GPS). Однако было неясно, как эта «пространственная карта» в мозге связана с памятью человека о событиях в этих местах, и как нейронная активность в этих областях позволяет нам нацеливаться на конкретную память для поиска среди связанных переживаний.
Команда, возглавляемая нейроинженерами из Columbia Engineering, нашла первое свидетельство того, что отдельные нейроны в человеческом мозгу нацелены на определенные воспоминания во время воспроизведения.
Они изучали записи нейрохирургических пациентов, которым имплантировали электроды в мозг, и исследовали, как сигналы мозга пациентов соответствуют их поведению при выполнении задачи запоминания местоположения объекта в виртуальной реальности (VR). Исследователи идентифицировали «следящие за памятью клетки», активность которых была пространственно привязана к месту, где испытуемые помнили встречу с конкретными объектами. Исследование опубликовано сегодня в журнале Nature Neuroscience.
«Мы обнаружили эти следящие за памятью нейроны в основном в энторинальной коре (ЭК), которая является одной из первых областей мозга, затронутых началом болезни Альцгеймера», – говорит Джошуа Джейкобс, доцент биомедицинской инженерии, руководивший изучение. "Поскольку активность этих нейронов тесно связана с тем, что человек пытается запомнить, возможно, что их активность нарушена такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера, что приводит к дефициту памяти.
Наши результаты должны открыть новые направления исследования того, как нейронная активность в энторинальной коре и медиальной височной доле помогает нам нацеливать прошлые события для воспоминания, и, в более общем плане, как пространство и память перекрываются в головном мозге."
Команда смогла измерить активность отдельных нейронов, воспользовавшись редкой возможностью: инвазивной записью из мозга 19 нейрохирургических пациентов в нескольких больницах, включая Медицинский центр Ирвинга Колумбийского университета.
Пациенты страдали лекарственно-устойчивой эпилепсией, поэтому им уже были имплантированы записывающие электроды для клинического лечения. Исследователи разработали эксперименты как увлекательные компьютерные игры с эффектом присутствия в виртуальной реальности, а прикованные к постели пациенты использовали ноутбуки и портативные контроллеры для перемещения в виртуальных средах. При выполнении задания субъекты сначала перемещались по окружающей среде, чтобы узнать местонахождение четырех уникальных объектов.
Затем исследователи удалили объекты и попросили пациентов пройти через окружающую среду и отметить местоположение одного конкретного объекта в каждом испытании.
Команда измерила активность нейронов, когда пациенты перемещались по окружающей среде, и отметила свои цели памяти. Первоначально они идентифицировали чисто пространственно настроенные нейроны, похожие на «клетки места», которые всегда активировались, когда пациенты перемещались через определенные места, независимо от цели памяти испытуемых. «Эти нейроны, казалось, заботились только о пространственном местоположении человека, как чистый GPS», – говорит Салман Э. Касим, аспирант Джейкобса и ведущий автор исследования.
Но исследователи также заметили, что другие нейроны активировались только в тех местах, которые имеют отношение к воспоминаниям, которые пациент вспоминал во время этого испытания – всякий раз, когда пациентам давали указание выбрать другую память для повторения, эти нейроны изменяли свою активность, чтобы соответствовать запоминаемому местоположению новой цели.
Что особенно взволновало Джейкобса и Касима, так это то, что они действительно могли расшифровать конкретное воспоминание, на которое нацелился пациент, на основе активности этих нейронов.
«Наше исследование демонстрирует, что нейроны в человеческом мозгу отслеживают переживания, которые мы сознательно вспоминаем, и могут изменять паттерны своей активности, чтобы различать воспоминания.
Они похожи на булавки на вашей карте Google, которые отмечают места, которые вы помните для важных событий, – говорит Касим. "Это открытие может предоставить потенциальный механизм нашей способности выборочно использовать различные опыты из прошлого и показать, как эти воспоминания могут влиять на пространственную карту нашего мозга."
Джейкобс и Касим планируют затем найти доказательства того, что эти нейроны представляют воспоминания в непространственных контекстах, чтобы лучше охарактеризовать их роль в функции памяти. «Теперь мы знаем, что нейроны заботятся о том, где происходят наши воспоминания, и теперь мы хотим увидеть, заботятся ли эти нейроны о других характеристиках этих воспоминаний, например, когда они произошли, что произошло и так далее», – отмечает Касим.