Мыши в виртуальной реальности помогли понять, как мозг отбирает воспоминания для долговременного хранения

Нейробиологи наблюдали за мозгом мышей, играющих в игры в виртуальной реальности, чтобы выяснить, как память переходит от первоначального формирования в гиппокампе к долговременному хранению в коре. В статье в журнале Cell от 30 марта они сообщают, что передний таламус — область мозга, обычно не фигурирующая в классических моделях консолидации памяти, — является ключевым перевалочным пунктом, где воспоминания обрабатываются и стабилизируются. Стимулируя передний таламус мышей во время обучения в виртуальном лабиринте, команда смогла помочь им сохранить воспоминания, которые обычно забываются через несколько недель.

«Мы определили нейронную цепь в мозге, которая важна для идентификации значимых воспоминаний и их фильтрации в долговременное хранилище», — говорит Эндрю Тоудер, соавтор исследования. «Как только мыши начинают учиться, таламус выполняет этот процесс отбора, выбирая, какие воспоминания будут стабилизированы в коре на долгий срок».

Команда определила передний таламус как область интереса, записывая активность мозга мышей в течение недель, пока те формировали и стабилизировали воспоминания в виртуальном лабиринте. Исследователи заметили, что нейронная активность в переднем таламусе повышалась к концу обучения и сохранялась несколько недель — именно столько времени обычно требуется для реорганизации и хранения воспоминаний в коре.

В сессиях виртуальной реальности мыши бежали по вращающемуся шару из пенопласта, перемещаясь по коридору, проецируемому на экран. Коридор вел в комнату, где в реальном мире мышей ждал один из трех исходов: неограниченное количество подслащенной воды из поилки; несколько капель подслащенной воды; или струя воздуха в морду. По пути мыши получали различные сигналы (звуки, запахи, визуальные стимулы), которые помогали им различать сценарии и предвосхищать награду (или готовиться к струе воздуха) при повторных прохождениях.

После обучения мышей трем сценариям исследователи в течение нескольких недель тестировали их способность помнить и различать их. Силу памяти оценивали по скорости бега мышей к финальной комнате (при правильном воспоминании они бежали быстрее к воде и медленнее к воздуху) и по тому, как много они лизали поилку в ожидании награды. Параллельно тестировалось, как стимуляция или ингибирование гиппокампа или переднего таламуса во время обучения влияет на способность формировать и хранить воспоминания долгосрочно.

• Ингибирование гиппокампа во время обучения привело к тому, что мыши не смогли выучить маршруты и их исходы даже в краткосрочной перспективе.
• Ингибирование переднего таламуса не повлияло на способность к обучению или кратковременную память, но помешало закрепить воспоминания в долговременной памяти.
• Стимуляция переднего таламуса, наоборот, усилила способность мышей переводить воспоминания в долговременное хранилище. Это особенно проявилось в сценарии с несколькими каплями воды — приятном, но не слишком запоминающемся опыте. Без стимуляции большинство мышей забывало этот путь, но стимуляция таламуса помогала им его запомнить.

Для дальнейшего изучения роли таламуса команда совместила обучение в VR с технологией одновременной визуализации отдельных нейронов в гиппокампе, таламусе и коре. Исследователи обнаружили, что, хотя гиппокамп был одинаково активен во время обучения как для сценария с неограниченной водой, так и с несколькими каплями, таламус предпочтительно сохранял информацию о более запоминающемся сценарии с неограниченной наградой.

«Таламус постепенно устанавливает долгосрочные взаимодействия с корой, чтобы стабилизировать эти воспоминания для долговременного хранения», — говорит старший автор Прия Раджасетхупати.

«Некоторые воспоминания для нас важнее других. Мы обнаружили, что мышам не только нужен передний таламус для консолидации памяти, но и, активируя его, мы можем усилить консолидацию воспоминания, которое мыши обычно забывают», — отмечает она.

«Аналогия — ваш день рождения против ужина три вторника назад. Вы скорее запомните, что ели на день рождения, потому что это более вознаграждающе, — говорит Тоудер. — Мы думаем, что что-то вроде адреналина или дофамина может помогать таламусу решать: "Это воспоминание важно, а это — нет"».