Впервые учёные обнаружили, что область памяти нашего мозга состоит не из одной, а из двух частей: одна отвечает за обработку прошлого опыта времени и места, а другая более прогнозирующая и активно структурирует будущее поведение. Исследователи Корнеллского университета обнаружили, что в гиппокампе нейронный код отвечает за нашу способность «соединять точки», например, за запоминание того, куда нам нужно идти.

Например, нам нужно получить буханку хлеба. Второй тип нейронного кода, предсказательный код, отвечает за разработку новых планов. Итак, используя тот же пример, если пекарня неожиданно закроется, второй тип нейронного кода разрабатывает план Б и предсказывает, какой путь выбрать, что приводит к более гибкому поведению.

В исследовании на мышах ученые идентифицировали и изолировали две различные функции памяти, используя передовые оптогенетические методы, позволяющие отключать один тип памяти за раз. Понятно, что это открывает многообещающие перспективы для лечения проблем с памятью и обучением при болезни Альцгеймера и деменции.

«Мы обнаружили, что существуют два разных нейронных кода, которые лежат в основе этих очень важных аспектов памяти и познания, и что их можно разделить, как мы это делали в наших экспериментах», — сказал Антонио Фернандес-Руис, доцент кафедры нейробиологии и поведения в Корнеллском колледже искусств и наук (A&S).

Исследователи поместили в мозг крыс массив электродов для одновременного отслеживания всех активирующих нейронов, а затем использовали оптогенетику для управления этой активностью. Затем вирус используется для подавления определенной группы нейронов, не заставляя их полностью замолчать.

Используя этот метод в области гиппокампа, связанной с обучением задачам, ученые заметили, что крысы смогли выучить путь из точки А в точку D с наградой в конце, но память не «закрепилась» из-за вызванной ошибки. Когда эксперимент повторялся после сна, мыши могли запомнить точки A и D, но не могли вспомнить путь к точке вознаграждения.

«Эта последовательность шагов закодирована в мозге как последовательность срабатывания клеток», — сказал Фернандес-Руис. «В будущем мы запоминаем это так: когда мы спим, воспроизводится та же последовательность действий, поэтому одни и те же нейроны, кодирующие [путь], срабатывают в том же порядке».

По сути, во время сна нейроны не могут последовательно активироваться для консолидации воспоминаний, поэтому, хотя они и запоминают две точки, они не сохраняют ассоциаций.

В другом эксперименте с крысами обращались аналогичным образом и им было поручено каждый день находить новый путь к награде. Когда определенные нейроны были повреждены, мыши не могли вспомнить, как достичь своих целей.

«Такое поведение требует от него формирования карты, планирования и прогнозирования, а также запоминания ее, чтобы направлять свои действия», — сказал Фернандес-Руис. В другом тесте крысам было поручено связать местоположение с наградой. Когда ученые заблокировали область предиктивного кодирования, их ассоциативная память осталась нетронутой, впервые показав, как две стороны одной медали могут на самом деле сильно различаться».

«Наблюдая, какие типы дефицита памяти развиваются у пациентов, мы можем попытаться сделать вывод, какие типы основных нейрональных механизмов нарушены, что поможет нам разработать более целенаправленные вмешательства», — сказал Фернандес-Руис.

Морской конек, названный в честь рода, к которому он принадлежит из-за схожей формы, является областью особого внимания в исследованиях по лечению болезни Альцгеймера. Когнитивный спад у людей с деменцией может серьезно повлиять на гиппокамп, вызывая ухудшение памяти и навигационных способностей.

Исследование было опубликовано в журнале Science.