Почему собаку запомнить гораздо проще, чем стул: ученые объяснили важный процесс в мозге

В недавно опубликованном исследовании ученые определили особый нейронный механизм в человеческом мозге, который помечает информацию эмоциональными ассоциациями для улучшения памяти.

Растущая распространенность расстройств памяти

Растущая распространенность нарушений памяти, таких как слабоумие, высветила пагубные последствия потери памяти для отдельных людей и общества. Такие расстройства, как депрессия, тревога и посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР), также могут характеризоваться несбалансированными процессами памяти и становятся все более распространенными во время пандемии COVID-19. Понимание того, как мозг естественным образом регулирует, какая информация становится приоритетной для хранения, а какая исчезает, может дать важную информацию для разработки новых терапевтических подходов к укреплению памяти у тех, кто подвержен риску потери памяти, или для нормализации процессов памяти у тех, у кого есть риск нарушения регуляции.

"Легче запомнить эмоциональные события, такие как рождение вашего ребенка, чем другие события примерно того же времени", — говорит Салман Э. Касим, ведущий автор исследования, который начал этот проект во время защиты докторской диссертации в лаборатории Джейкобса в Колумбийском университете. "У мозга явно есть естественный механизм для усиления определенных воспоминаний, и мы хотели его идентифицировать".

Сложность изучения нейронных механизмов у человека

Большинство исследований нейронных механизмов проводится на животных, таких как крысы, потому что такие исследования требуют прямого доступа к мозгу для записи мозговой активности и проведения экспериментов, демонстрирующих причинно-следственную связь, таких как осторожное нарушение нейронных цепей. Но трудно наблюдать или охарактеризовать такой сложный когнитивный феномен, как улучшение эмоциональной памяти, в исследованиях на животных.

Изучив этот процесс непосредственно на людях, Касим и Джейкобс проанализировали данные экспериментов с памятью, проведенных с пациентами с эпилепсией, которым проводилась прямая внутричерепная запись мозга для локализации приступов и лечения. Во время этих записей пациенты с эпилепсией запоминали списки слов, в то время как электроды, помещенные в их гиппокамп и миндалевидное тело, регистрировали электрическую активность мозга.

Изучение паттернов мозговых волн эмоциональных слов

Систематически характеризуя эмоциональные ассоциации каждого слова с помощью рейтингов эмоций, Касим обнаружил, что участники запоминали более эмоциональные слова, такие как "собака" или "нож", лучше, чем более нейтральные слова, такие как "стул". Изучая связанную с этим активность мозга, исследователи отметили, что всякий раз, когда участники успешно запоминали эмоциональные слова, высокочастотная нейронная активность (30-128 Гц) становилась более распространенной в цепи миндалины-гиппокампа. Когда участники запоминали более нейтральные слова или вообще не могли вспомнить слово, эта закономерность отсутствовала.

"Обнаружение этого паттерна активности мозга, связывающего эмоции и память, было для нас очень увлекательным, потому что предыдущие исследования показали, насколько важна высокочастотная активность в гиппокампе для неэмоциональной памяти", — сказал Джейкобс. "Это немедленно побудило нас задуматься о более общих, причинно-следственных последствиях: если мы вызовем высокочастотную активность в этой цепи с помощью терапевтических вмешательств, сможем ли мы усилить воспоминания по своему желанию?"

Электрическая стимуляция нарушает память на эмоциональные слова

Чтобы установить, действительно ли эта высокочастотная активность отражает причинный механизм, Джейкобс и его команда сформулировали уникальный подход к воспроизведению экспериментальных сбоев, которые обычно используются в исследованиях на животных. Во-первых, они проанализировали подмножество этих пациентов, которые выполняли задание на запоминание, когда к гиппокампу применялась прямая электрическая стимуляция для половины слов, которые участники должны были запомнить. Они обнаружили, что электрическая стимуляция, которая имеет смешанную историю либо улучшения, либо ослабления памяти в зависимости от ее использования, явно и последовательно ухудшает память, особенно в отношении эмоциональных слов.

Ума Мохан, еще один аспирант лаборатории Джейкобса в то время и соавтор статьи, отметила, что эта стимуляция также снижает высокочастотную активность в гиппокампе. Это предоставило причинно-следственные доказательства того, что, выбивая образец мозговой активности, который коррелировал с эмоциональной памятью, стимуляция также избирательно уменьшала эмоциональную память.

Депрессия действует аналогично стимуляции мозга

Касим также предположил, что депрессия, которая может включать нарушение регуляции эмоциональной памяти, может действовать аналогично стимуляции мозга. Он анализировал эмоциональную память пациентов параллельно с оценками настроения, которые пациенты использовали для характеристики своего психического состояния. И действительно, в подгруппе пациентов с депрессией команда наблюдала одновременное снижение памяти, опосредованной эмоциями, и высокочастотной активности в гиппокампе и миндалевидном теле.

"Объединив стимуляцию, запись и психометрическую оценку, они смогли продемонстрировать причинно-следственную связь в такой степени, которую вы не всегда видите в исследованиях с записями человеческого мозга", — сказал Брэдли Лега, нейрохирург и ученый из Юго-западного медицинского университета Техаса.

"Мы знаем, что высокочастотная активность связана с возбуждением нейронов, поэтому эти результаты открывают новые возможности для исследований на людях и животных о том, как определенные стимулы задействуют нейроны в цепях памяти", — сказал Лег.

Ранее Фокус писал про компьютер в человеческом мозге. Исследование показывает, что интерфейсы мозговых компьютеров по безопасности аналогичны другим имплантированным неврологическим устройствам.