Швейцарским исследователям удалось увидеть, как разные этапы обучения соответствуют разным областям гиппокампа: усвоение новой информации сопровождается смещением синаптической активности из нижней доли центра памяти в верхнюю.

Срез через гиппокамп млекопитающего (фото Thomas Deerinck).

Бóльшая часть нервных процессов, сопровождающих запоминание и обучение, происходят в гиппокампе. Об этом известно давно, однако обучение складывается из нескольких этапов, и до сих пор не вполне ясно, как они осуществляются с точки зрения анатомии и физиологии. Стадии эти можно описать на примере крыс. Скажем, когда крыс учат находить в водном лабиринте островок, на который можно выбраться, животные сначала плавают, исследуя всю водную территорию, и рано или поздно натыкаются на сушу. В следующий раз они уже будут искать этот островок на определённой площади, то есть сузят район поиска. Наконец, через какое-то время животные станут целенаправленно плыть в нужном направлении. То есть, обобщая: сначала индивидуум впервые сталкивается с чем-то новым, затем он постепенно привыкает к этому — и вот наконец уже чётко знает, как надо поступать в подобных обстоятельствах.

Эти этапы обучения повторяются у любого животного и занимают примерно одинаковое время. То есть очевидно, что такая схема запоминания закреплена в мозгу. Кроме того, точно так же происходит запоминание и у человека — а это значит, что эта схема характерна для всех млекопитающих. Логично было бы предположить, что за каждый этап отвечает вполне определённая функциональная зона мозга. И учёным из Института биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера (Швейцария) удалось узнать, где эти зоны находятся.

Обучение, усвоение новой информации сопровождается появлением новых синапсов, с помощью которых формируются новые нейронные цепи. В своих экспериментах нейробиологи пытались определить порядок формирования новых синапсов в гиппокампе крыс, которых заставляли найти сушу в бассейне с водой. Сам гиппокамп можно разделить на три зоны: нижнюю, промежуточную и верхнюю. Притом что общая архитектура нервных цепей во всех трёх участках схожа, их нейроны различаются по генетической активности и функциям. То есть тут существуют все предпосылки к тому, чтобы эти три зоны выполняли разные задачи, но работая при этом на один глобальный результат.

В статье, опубликованной в журнале Nature Neuroscience, авторы описывают, как процесс обучения движется от нижней доли гиппокампа через промежуточную к верхней. Когда животное оказывается в новом окружении, сильнее всего синапсы образуются в моховидных волокнах нижней доли. Когда первая порция информации усвоена и поведение меняется в первый раз, интенсивное синапсообразование захватывает промежуточную долю. Наконец, когда у крысы складывается точная карта местности, которая подсказывает ей, куда плыть, в гиппокампе активизируется верхняя доля.

Исследователи убеждены, что такой же трёхступенчатый процесс сопровождает усвоение вообще любой задачи. Более того, точно так же процесс обучения и запоминания происходит у человека, поэтому эти данные могут быть очень полезны медикам, которые занимаются расстройствами высших когнитивных функций. Но, как бы там ни обстояли дела с человеческой памятью, авторам работы действительно впервые удалось настолько детализировать процесс запоминания, сопоставив его этапы с нейрофункциональными изменениями в мозгу.

Подготовлено по материалам Института биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера.