Когда человек читает предложение, поддерживает разговор, решает сложную задачу или планирует дальнейшие действия, он полностью полагается на оперативную память. Эта способность позволяет мозгу удерживать нужные сведения несколько секунд после исчезновения внешних раздражителей. Люди могут сравнить полученные данные с новой информацией, переработать их и использовать для управления своими действиями. Рабочая память служит важнейшим мостиком между восприятием и мыслью, а также между мыслью и реальным поступком.
Загадка нейронных сетей
Без нормально работающей оперативной памяти человеку сложно думать, понимать происходящее, принимать решения и подстраиваться под меняющуюся обстановку. Но при всей своей необходимости этот механизм требует от мозга огромных ресурсов. Обычные сенсорные сигналы угасают мгновенно, как только стимул прекращается, однако их внутренний образ должен оставаться стабильным достаточно долго, чтобы им можно было воспользоваться позже.
До сих пор исследователи до конца не понимали, как именно мозгу удается удерживать информацию, которой уже нет перед глазами. Известно, что за это отвечает не какой-то один изолированный участок, а сложная сеть зон. В нее входят префронтальная кора, теменная кора, области сенсорного восприятия, таламус и другие глубокие структуры. Однако вопрос о том, как именно эти обширные сети поддерживают стабильность данных с течением времени, оставался открытым. Команды ученых под руководством Алана Карлтона и Ивана Родригеса решили детально изучить роль небольшой глубокой структуры мозга — ограды, или клауструма. Это тонкое образование расположено в глубине полушарий, между островковой корой и полосатым телом. Нейроны ограды связаны практически со всеми зонами коры головного мозга, что создает идеальные условия для приема и переработки сигналов из самых разных нейронных сетей.
Эксперименты с мышами
Чтобы проверить свои предположения, ученые провели серию экспериментов с лабораторными мышами. Животные получали первый сигнал — это мог быть определенный запах или тактильное ощущение. После этого грызунам приходилось выдерживать паузу длительностью в несколько секунд перед тем, как получить второй стимул. Им нужно было определить, совпадает ли новое ощущение с предыдущим. Во время паузы первоначальный раздражитель уже исчезал, и для успешного выполнения задания мышам требовалось сохранять его мысленный образ.
Специалисты вели постоянную запись активности нейронов ограды во время проведения этих тестов. Выяснилось, что следы первоначальной информации сохранялись на протяжении всего периода ожидания. Сама нейронная активность менялась со временем, но смысл сигнала оставался распознаваемым даже спустя тридцать секунд.
Проверка на практике
Чтобы понять, действительно ли ограда жизненно необходима для работы памяти или просто присутствует рядом с активными зонами, ученые применили метод оптогенетики. Эта технология позволяет сделать определенные нейроны чувствительными к световому излучению с помощью специальных белков. Воздействуя на клетки световым импульсом через тонкое оптическое волокно в нужный момент, исследователи искусственно подавляли активность клауструма.
Когда нормальная работа этой структуры нарушалась, показатели мышей в тестах на рабочую память падали ровно в два раза. Причем результат оставался прежним независимо от природы стимула — будь то запах или осязание, и независимо от того, в какой момент паузы происходило вмешательство. Подавление работы ограды портило способность использовать временную память для управления поведением, но совершенно не влияло на базовое восприятие.
Полученные данные помогают лучше разобраться в природе когнитивных нарушений, при которых страдает рабочая память, включая синдром дефицита внимания и гиперактивности, а также шизофрению. Теперь ученым предстоит выяснить, каким именно образом клауструм общается с корой головного мозга и как эта связь защищает образы памяти от искажений.
