Ученые обнаружили «вращение» воспоминаний

Бодрствующий мозг непрерывно воспринимает новую информацию и обращается к воспоминаниям о прошлом опыте. При этом память — по крайней мере, кратковременная — сохраняется в тех же сенсорных областях, которые обрабатывают входящие сигналы. Поэтому мозгу исключительно важно отделять одно от другого, чтобы прошлые переживания не нарушали текущие восприятия. Устройство этого механизма описывается в новой статье, опубликованной в журнале Nature Neuroscience.

Тимоти Бахман (Timothy Buschman) и Александра Либби (Alexandra Libby) из Принстонского университета проводили эксперименты со слуховой памятью у мышей. Животных заставляли запоминать последовательность из четырех аккордов, проигрывая их снова и снова. Данные мозговой активности грызунов анализировали с помощью искусственного интеллекта: он определил группы нейронов, которые активировались в связи с каждым отдельным аккордом.

По мере запоминания звуков, которые неизменно следовали один за другим, связанные с ними нейронные паттерны становились все ближе друг к другу. Однако новый неожиданный звук мог затрагивать те же нейроны и нарушать прежде сформировавшиеся представления. Чтобы выяснить, как мозг отделяет одно от другого, ученые использовали еще один ИИ. Он обнаружил группы клеток, которые активировались в ответ на различные последовательности аккордов.

Оказалось, такие нейронные паттерны остаются неизменными и не видоизменяются новыми входящими сигналами. Для этого они вращаются в ортогональной проекции, оставаясь в той же популяции нейронов, но разворачиваясь перпендикулярно. Профессор Бахман сравнивает это с листом бумаги, на котором была сделана запись, после чего лист повернули на 90° и продолжили писать уже перпендикулярном направлении — так, что различить эти два события довольно легко.

Примерно то же, видимо, происходит при перенесении опыта в кратковременную память: нейронный паттерн разворачивается, и его активность уже не мешает активности, вызываемой поступающими следом сигналами. Такой механизм был продемонстрирован прежде для моторной коры, когда ученые заметили, что у обезьяны, пока она планирует движение, его нейронные проекции возникают ортогонально основным паттернам.

Таким образом, активность остается в пределах одной и той же группы нейронов. Часть из них участвует и в хранении текущих воспоминаний, и в обработке новых сигналов, а часть вовлечены лишь в одну из этих задач. Именно связи между клетками второй группы позволяют «развернуть» нейронные паттерны перпендикулярно и перенести их из «папки “Входящие”» в «папку “Текущее”».