Память оказалась не складом, а оркестром: как мозг решает, что стоит помнить, а что — забыть

Учёные раскрыли, как мозг формирует долговременную память — Nature

Учёные сделали крупный шаг в понимании того, как формируется долговременная память. Новое исследование, проведённое в Лаборатории нейродинамики и когнитивных процессов под руководством Прии Раджасетхупати, показало: запоминание — это не простое переключение между кратковременным и долговременным режимами, а сложный каскад молекулярных реакций, действующих как серия биологических таймеров. Об этом сообщает журнал Nature.

Как память работает на молекулярном уровне

Ранее считалось, что память хранится благодаря взаимодействию гиппокампа и коры головного мозга. Эта модель объясняла базовые процессы обучения, но не раскрывала, почему одни воспоминания исчезают через несколько дней, а другие остаются на всю жизнь.

Исследователи из Стэнфорда решили проверить, существует ли более сложная система, обеспечивающая долговечность памяти. Их внимание привлек таламус — структура, выполняющая роль "фильтра" между сенсорными сигналами и высшими отделами мозга. Ещё в 2023 году команда Раджасетхупати показала, что таламус участвует в отборе воспоминаний для долговременного хранения.

Новое исследование углубилось в молекулярные механизмы этого процесса и выявило последовательность химических реакций, обеспечивающих постепенное укрепление памяти.

Молекулярные таймеры памяти

Учёные использовали инновационную модель поведения на мышах в виртуальной реальности. Животных обучали проходить лабиринты с различной частотой повторений опыта, что позволило проследить, как частота влияет на стойкость воспоминаний.

После этого с помощью технологии CRISPR исследователи целенаправленно изменяли активность отдельных генов в таламусе и коре головного мозга. Результаты показали, что каждый этап формирования памяти зависит от специфических молекул, работающих в разных временных рамках.

"Без продвижения воспоминаний по этим молекулярным таймерам память обречена на быстрое забывание", — пояснила Прия Раджасетхупати.

Учёные выделили три ключевых компонента:

Camta1 - обеспечивает первичное сохранение и закрепление свежего следа в нейронных цепях;
Tc4 - отвечает за структурную поддержку нейронных связей, создавая долговременные "мостики" между клетками;
Ash1l - запускает перестройку хроматина, что усиливает экспрессию генов, необходимых для прочного закрепления воспоминания.

Эта последовательная активация создаёт биохимическую цепочку, которая "переводит" информацию из кратковременной памяти в долговременную.

Важность частоты повторений

Интересно, что решающим фактором для долговечности памяти оказалась частота повторения опыта. Чем чаще животные сталкивались с одной и той же задачей, тем сильнее активировались молекулярные таймеры и тем устойчивее становился след памяти.

Этот механизм объясняет, почему повторение и практика так эффективны в обучении: каждое повторение усиливает каскад биохимических реакций, способствующих закреплению знаний.

Плюсы и минусы открытия

Плюсы:

впервые описана последовательная молекулярная система формирования долговременной памяти;
выявлены конкретные гены, ответственные за разные фазы закрепления информации;
открытие помогает объяснить, почему повторение усиливает обучение;
создаёт основу для разработки методов лечения нарушений памяти.

Минусы:

результаты получены на животных, и прямое перенесение на человека требует осторожности;
механизм может варьироваться между видами;
необходимы дополнительные исследования для выяснения роли других генов и белков;
эксперименты с генной модификацией ограничены этическими соображениями.

Перспективы для медицины и нейробиологии

Это открытие может стать основой для новых подходов к терапии нейродегенеративных заболеваний — таких как болезнь Альцгеймера, деменция или посттравматические амнезии.

Понимание, какие молекулы контролируют долговременное хранение памяти, позволит разрабатывать препараты, способные усиливать или восстанавливать нейронные связи. Кроме того, открытые механизмы могут применяться в когнитивной реабилитации, обучении и даже в разработке искусственных систем памяти.

"Теперь мы начинаем понимать, что память — это не просто статическое хранилище, а динамическая система, развивающаяся во времени", — подчеркнула Селин Чен, соавтор исследования.

Сравнение с прежними моделями

Ранее господствовала гипотеза о "выключателе памяти", согласно которой информация просто переносится из кратковременного в долговременное хранилище. Новая модель опровергает это упрощение: память формируется постепенно, проходя через серию биохимических стадий.

Такой подход ближе к пониманию мозга как системы взаимодействующих сетей, где разные области работают синхронно, а не последовательно. Это также объясняет, почему сильные эмоциональные переживания запоминаются мгновенно — в этом случае активация каскада происходит быстрее и мощнее.

Советы для улучшения запоминания

Повторяйте материал с интервалами - это активирует молекулярные механизмы долговременной памяти.
Используйте ассоциации и визуальные образы - они усиливают работу таламуса и коры.
Избегайте переутомления: стресс снижает экспрессию генов, участвующих в закреплении информации.
Высыпайтесь - во сне активируются процессы ремоделирования памяти.
Комбинируйте обучение и физическую активность - движение стимулирует выработку факторов роста нейронов.