Учёные издавна знают, что главным "устройством", отвечающим за запись новых мемуаров (при обучении либо получении новых воспоминаний) в долговременную память, является маленькая часть мозга, именуемая гиппокампом.
С ним уже не раз проводили разные опыты, проясняющие, как гиппокамп перекодирует информацию. И хотя он устроен куда проще, чем весь мозг в целом, даже этот маленький "узел", нечто вроде "шины данных" в компьютере, всё ещё прячет внутри себя массу загадок.Ранее мы ведали, о проекте построения электрического гиппокампа. В той работе учёные снимали сигналы с нейронов и пробовали вычислить, что конкретно делает гиппокамп со входящими импульсами и какие при всем этом сформировывает импульсы на выходе. А другая группа в один прекрасный момент даже выстроила комбинированную схему — чип и гиппокамп крысы, всё с теми же исследовательскими целями.
Зелёным показан район гиппокампа мыши, в каком техника DICE-K заблокировала передачу нервных сигналов (фото Toshi Nakashiba, MIT).
Но такая стратегия анализа "чёрного ящика" — не самый продуктивный путь. Поэтому огромное количество исследователей пробует тем либо другим образом воздействовать на гиппокамп подопытных животных, чтоб по изменениям в работе их памяти и в уме осознать — что происходит снутри.
Посреди этих экспериментаторов — Сусуму Тонегава (Susumu Tonegawa) и его коллеги из института обучения и памяти Пикауэра (Picower Institute for Learning and Memory) Массачусетского технологического института (MIT).
Тонегава занимается исследованием устройств памяти очень издавна. Это он в 2004 году нашёл "ферментный ключ" к длительной памяти, а в 2007-м нашел в мозге источник дежавю.
Сейчас Сусуму сделал прорыв в исследовании гиппокампа. В первый раз учёные смогли произвольно выключить и включить строго определённую нейронную "схему" в мозге живого существа (мыши) и проследить эффект от такового переключения. Более того, экспериментаторы смогли уже в гиппокампе выключить и включить определённую его часть.
Тумблер исследователи использовали уникальный. В лаборатории Тонегавы был изобретён новый способ блокирования нейронных связей: "Доксициклин-ингибированное угнетение клеточного экзоцитоза" (другими словами выделения медиаторов) — doxycycline-inhibited circuit exocytosis-knockdown (DICE-K).
Кстати, хим способ воздействия на гиппокамп (только с другим веществом) использовала другая научная группа, которая некогда стёрла мемуары у крыс.
Схема нейронных связей гиппокампа мыши. Правой стрелкой показан сигнал, идущий от энторинальной коры (иллюстрация Toshi Nakashiba, MIT).
Гиппокамп состоит из нескольких участков (CA1, CA3, зубчатая извилина), напоминают южноамериканские экспериментаторы. Они соединены меж собой несколькими нейронными "схемами". Одну из их именуют трёхсинаптический путь (tri-synaptic pathway — TSP). Он переносит информацию по маршруту: энторинальная кора (ЭК) — зубчатая извилина — CA3 — CA1 — ЭК. Моносинаптическая же "дорожка" (MSP), работающая параллельно, куда короче: ЭК — CA1 — ЭК.
Применив DICE-K, исследователи с удивлением нашли, что мыши, у каких основной путь обработки инфы (TSP) был выключен, всё ещё могли обучаться ориентироваться лабиринте. Недлинного пути MSP было довольно для таковой работы.
Но запоминание пути в лабиринте, молвят создатели опыта, это задачка, которая производится медлительно, за многие пробы прохождения. А вот когда мышей направляли на другие тесты, в критериях, которые добивались резвого обучения и формирования памяти с "первой пробы", исследователи нашли, что животные с блокированным TSP не могут делать эти задачки.
О собственных опытах Тонегава и его коллеги отчитались в собственной статье в Science.
Таким макаром, TSP оказался нужен для резвого закрепления инфы в новых критериях. "Этот вид обучения есть итог работы самых сложных форм памяти, тех, что делают животных более умными, и, тех, что ухудшаются с годами", — растолковал Сусуму.
Учёный продолжил: "Наши данные внушительно свидетельствуют о том, что TSP в гиппокампе играет главную роль в резвом формировании памяти, когда в ежедневной жизни появляются новые действия и эпизоды. Наши результаты демонстрируют, что понижение этих возможностей, как, к примеру, при нейродегенеративных заболеваниях и старении здоровых людей, может быть обосновано, по последней мере, отчасти, "отказами" в этой схеме".
Выходит, что, осознав механизм естественных сбоев в "микросхеме" TSP, биологи и врачи могут научиться вылечивать ряд болезней. За это мыши и мучаются. Сейчас не так очень.
--------------------------------------------
Электрическая шина данных в мозге человека воскрешает мемуары
Маленькая часть мозга, гиппокамп, не хранит конкретно мемуары, но без её обычной работы человек не может уяснить никаких новых вещей. Спецы по биоинженерии приступили к принципиальному проекту — созданию электрического гиппокампа для подмены повреждённого.
Гиппокамп занимается перекодировкой инфы в короткосрочной памяти человека для её следующей записи в длительной памяти.
Проводя аналогию с компом, можно сказать, что гиппокамп — это микросхемы северного и южного мостов, также — их шины данных, связывающие меж собой центральный микропроцессор, оперативную и постоянную память.
Эта область мозга часто повреждается при травмах, эпилепсии, разных заболеваниях, типа заболевания Альцгеймера, в конце концов — начинает плохо работать в старости.
Понятно, что с отказавшим гиппокампом на память рассчитывать не приходиться. Меж тем, нет никаких клинических способов исцеления такового недуга.
Теодор Бергер (Theodore Berger), директор Центра нейроинженерии (Center for Neural Engineering) института Южной Калифорнии (University of Southern California) считает, что спасение к схожим нездоровым придёт не от медицины, а от биоинженерии.
Он хочет сделать микрочип, который, будучи внедрённым в мозг, мог бы делать функции гиппокампа.
Самое увлекательное, что мы так доподлинно и не знаем, как работает наша память. Другими словами, знаем уже много, но не знаем — намного больше. Как в таком случае вмешиваться в настолько узкий процесс?
Создатели проекта молвят, что здесь есть обнадёживающие моменты.
Учёные не в состоянии выяснить, какие нейроны, и каким образом кодируют в мемуарах человека "лицо возлюбленной бабушки". Но зато биологи могут вычислить, какие логические преобразования с нейронными сигналами делает гиппокамп.
Схема, показывающая, как можно снять нейросигналы с гиппокампа на неповреждённом мозге (иллюстрация с веб-сайта wired.com).
Грубо говоря, на него можно глядеть, как на чёрный ящик со обилием входов и выходов. Различные входные композиции сигналов приводят к тем либо другим выходным композициям. Это можно воспроизвести в микросхеме.
Пока Бергер только сначала пути, но он уже обосновал на практике выполнимость идеи.
Учёные брали тонкие срезы мозга крыс, поддерживаемые в живом состоянии при помощи питательных смесей.
Нейроны, идущие на вход гиппокампа, учёные стимулировали хаотичными сигналами, выдаваемыми компом, имитируя обилие инфы, приходящей снаружи.
Исследователи фиксировали ответные сигналы. Эта работа шла далековато не один год. В конце концов компьютер сумел вычислить все математические функции, которые гиппокамп крысы производил с нейросигналами.
По воззрению создателей работы — это ключ ко всей памяти. Они сделали микросхему, которая воспроизводила работу гиппокампа крысы с точностью 95%.
Практически, команда впритирку подошла к последующему шагу опыта — внедрению электрического гиппокампа живым крысам.
Такие "крысы-киборги", обыкновенно, будут учить разные лабиринты, а учёные будут глядеть — как работает их память после подмены естественной "шины данных" на электрический протез.
Схема опыта с мозгом крысы (иллюстрация с веб-сайта wired.com).
Поточнее, родной гиппокамп животных не будет удалён, а только дезактивирован средством медикаментов.
Эта работа займёт ещё два-три года, а лет через восемь, по прогнозу учёных, электрический гиппокамп можно будет поставить уже мортышке.
Через 15 лет нейроэлектронный протез памяти должен показаться и в варианте для человека. Хотя шифровка работы таковой микросхемы будет намного труднее, чем в случае с крысами.
Практически, возникновение такового протеза — это уже не вопрос "что будет, если…", а только вопрос "когда?"
http://www.membrana.ru/articles/technic/2004/10/22/212800.html
-----------------------------------------------------------------------------------------
Учёные отыскали ключ к длительной памяти
Сусуму Тонегава (в центре) грезит раскрыть все потаенны людской памяти.
Исследователи Массачусетского технологического института (MIT), нашли механизм, ответственный за выработку белка, нужного для длительного хранения памяти. Этот белок крепит связи меж нейронами.
До сего времени не было понятно, как могут нейроны, активируемые в процессе запоминания, выдавать команды на синтез определённых белков. Глава научной группы доктор Сусуму Тонегава (Susumu Tonegawa) поведал, что ключ к процессу запоминания — фермент "MAPK". Он активизируется возбуждёнными нейронами, и, в свою очередь, провоцирует в подходящем месте молекулярные механизмы синтеза белка.
Учёные проверили свою догадку на на генном уровне изменённых мышах, у каких выработка данного фермента была "отключёна". Эти мыши помнили решение задач (вроде лабиринта) только несколько часов, в то время как контрольные животные — недели.
Исследователи уповают, что предстоящее исследование этого механизма поможет в разработке новых поколений фармацевтических средств, улучшающих работу памяти, также способов исцеления ряда неврологических болезней
http://www.membrana.ru/lenta/?2659
-----------------------------------------------------------------------------------
В мозге найден источник дежавю
Из суждений наглядности приводим эту иллюстрацию, где зубчатая извилина выделена красноватым цветом (иллюстрация psycheducation.org).
Группа исследователей Массачусетского технологического института (MIT) под управлением биолога Сусуму Тонегавы (Susumu Tonegawa), нобелевского лауреата 1987 года, нашла область мозга, отвечающую за формирование эффекта дежавю.
Существует огромное количество процессов, связанных с памятью, которые можно по-разному систематизировать, также соотносить их с определёнными областями мозга. Основной зоной мозга, отвечающего за реализацию функций памяти, является гиппокамп.
А исследователи из группы Тонегавы нашли, что существует участок, ответственный за сохранение и "проигрывание" отдельных эпизодов, состоящих из набора различных чувств. Этой частью мозга является маленькая область гиппокампа – так именуемая зубчатая извилина (dentate gyrus).
Ранее учёные только догадывались о специфичной функции зубчатой извилины. А сейчас благодаря новым тестам эта мысль подтвердилась стопроцентно.
Для этого учёные провели опыты и вывели мутантных мышей, у каких из-за отсутствия определённого гена некие клеточки зубчатой извилины оказались изменёнными. Во время испытаний мышам необходимо было совершать определённые деяния, в ситуациях, вызывавших ужас.
С этими заданиями мыши управлялись удачно, но проблематическим оказывались те случаи, в каких мышам было необходимо совершить деяния, когда действия происходили в схожих критериях. Мыши-мутанты не могли провести различие меж такими контекстами, потому Тонегава пришёл к выводу, что зубчатая извилина обеспечивает как воспоминание об определённых критериях, так и умение отличать одно из их от другого.
Как утверждает учёный, нефункциональность такового рода приводит, а именно, к дежавю. По его словам, этот парадокс как раз и происходит в итоге "борьбы", начинающейся, когда нужно отличить две очень похожих ситуации.
Также Тонегава увидел, что с годами парадокс дежавю у людей случается почаще, что связано со старением и смертью клеток зубчатой извилины. Будучи уже старым человеком (ему на данный момент 67 лет), нейробиолог признался, что схожее случается и с ним.
"Я много путешествую, и когда я оказываюсь в совсем новых аэропортах, одна часть мозга гласит мне, что я здесь уже бывал. Вобщем, остальная его часть знает лучше что к чему", — так Тонегава проиллюстрировал своё открытие.
http://www.membrana.ru/lenta/?7334
