Щоб зрозуміти речення, мозок має утримувати в пам’яті попередні слова, поки ми читаємо або чуємо наступні. Цю здатність забезпечує робоча пам’ять — система, яка дозволяє зберігати інформацію протягом кількох секунд, порівнювати її з новими даними та використовувати для ухвалення рішень.
Вона необхідна для звичайної розмови, розв’язання завдань і планування подальших дій. Проте сенсорна інформація швидко зникає після припинення стимулу. Тому мозку потрібно підтримувати її придатне для використання представлення, навіть коли початковий сигнал уже не надходить.
Дослідники Женевського університету (UNIGE) виявили, що важливу роль у цьому процесі відіграє клауструм — тонка структура, розташована глибоко в мозку між острівцевою корою та смугастим тілом. Результати дослідження опублікували в журналі Nature Communications.
Як клауструм допомагає утримувати інформацію
Науковці перевіряли робочу пам’ять мишей за допомогою завдань, у яких тваринам потрібно було запам’ятати запах або дотик. Спочатку миша отримувала певний стимул, потім чекала кілька секунд і сприймала другий. Їй потрібно було визначити, чи збігаються ці два стимули.
На момент появи другого сигналу перший уже зникав. Отже, успішне виконання завдання залежало від здатності зберегти інформацію про початковий стимул протягом паузи.
Коли дослідники тимчасово знижували активність нейронів клауструму, результативність мишей у тестах на робочу пам’ять падала вдвічі. Для точного контролю активності клітин у певні моменти експерименту використовували, зокрема, оптогенетику. Цей метод дає змогу робити вибрані нейрони чутливими до світла за допомогою спеціальних білків, а потім змінювати їхню активність через оптичне волокно.
Ефект спостерігався незалежно від типу стимулу — запаху чи дотику — і від того, у який момент очікування порушували роботу клауструму.
«Порушення роботи клауструму вибірково погіршує здатність використовувати тимчасово збережену інформацію для керування поведінкою, не впливаючи на саме сприйняття», — пояснив співкерівник дослідження Алан Карлтон, професор кафедри фундаментальних нейронаук медичного факультету UNIGE.
Слід пам’яті зберігається, хоча активність нейронів змінюється
Робоча пам’ять залежить від взаємодії широкої мережі мозкових структур. До неї належать префронтальна та сенсорні ділянки кори, тім’яна кора, таламус та інші структури під корою головного мозку.
Ці мережі мають утримувати інформацію, водночас дозволяючи мозку продовжувати сприймати навколишній світ, мислити й діяти. Однак механізми, завдяки яким інформація залишається доступною протягом певного часу, досі вивчені не повністю.
Клауструм привертає увагу дослідників через особливості своєї будови: його нейрони мають зв’язки майже з усіма ділянками кори. Це дозволяє структурі отримувати інформацію від різних нейронних мереж і впливати на їхню роботу.
Записи активності нейронів мишей показали, що слід початкового стимулу зберігався в активності клауструму протягом усього періоду очікування. Водночас ця активність не залишалася незмінною: нейронні сигнали поступово змінювалися, але інформація про те, який саме стимул отримала тварина, залишалася достатньою для розпізнавання навіть через 30 секунд.
Можливе значення для дослідження СДУГ і шизофренії
Результати можуть допомогти краще зрозуміти порушення когнітивних функцій, за яких страждає робоча пам’ять, зокрема при синдромі дефіциту уваги з гіперактивністю (СДУГ) і шизофренії.
Визначення мозкових ланцюгів, які підтримують інформацію впродовж певного часу, є важливим кроком до розуміння того, як саме порушуються ці функції. Водночас дослідження поки що проведене на мишах і не доводить, що виявлений механізм безпосередньо пояснює проблеми з робочою пам’яттю в людей.
Наступне завдання науковців — з’ясувати, як клауструм взаємодіє з нейронними мережами кори головного мозку та як ця взаємодія допомагає зберігати точність інформації в робочій пам’яті.
