Изнутри: как мозг формирует сенсорные воспоминания

Мозг кодирует информацию, собранную нашими органами чувств. Однако, чтобы воспринимать окружающую среду и конструктивно взаимодействовать с ней, эти сенсорные сигналы необходимо интерпретировать в контексте нашего предыдущего опыта и текущих целей. В последнем выпуске журнала Science группа ученых во главе с доктором Йоханнесом Летцкусом, руководителем исследовательской группы Института исследований мозга им. Макса Планка, определила ключевой источник этой нисходящей информации, зависящей от опыта.

Неокортекс — самая большая область человеческого мозга. Он чрезвычайно расширился и дифференцировался в ходе эволюции млекопитающих и, как считается, опосредует многие из способностей, которые отличают людей от их ближайших родственников. Более того, дисфункции этой области также играют центральную роль во многих психических расстройствах. Все высшие когнитивные функции неокортекса становятся возможными благодаря объединению двух различных потоков информации: восходящего потока, несущего сигналы из окружающей среды, и нисходящего потока, который передает внутренне сгенерированную информацию, кодирующую наш предыдущий опыт. и текущие цели.

«Десятилетия исследований пролили свет на то, как обрабатываются сенсорные входы из окружающей среды. Однако наши знания о внутренней информации все еще находятся в зачаточном состоянии. Это один из самых больших пробелов в нашем понимании высших функций мозга, таких как сенсорное восприятие», — говорит Letzkus. Это побудило команду искать источники этих нисходящих сигналов. «Предыдущая работа, проведенная нами и многими другими учеными, предполагала, что самый верхний слой неокортекса, вероятно, является ключевым участком, который получает входные данные, несущие информацию сверху вниз. Взяв это в качестве отправной точки, мы смогли идентифицировать область таламуса — область мозга, встроенная глубоко в передний мозг — как ключевой кандидат в источник такой внутренней информации».

На основании этих наблюдений доктор М. Белен Парди, первый автор исследования и научный сотрудник лаборатории Letzkus, разработала новаторский подход, который позволил ей измерить реакции отдельных таламических синапсов в неокортексе мыши до и после парадигмы обучения. «Результаты были очень четкими, — вспоминает Парди. «В то время как нейтральные стимулы, не относящиеся к делу, кодировались небольшими и временными ответами на этом пути, обучение сильно увеличивало их активность и делало сигналы более быстрыми и устойчивыми с течением времени». Это говорит о том, что таламические синапсы в неокортексе кодируют предыдущий опыт животного. «Мы действительно убедились, что это именно тот случай, когда мы сравнили силу приобретенной памяти с изменением таламической активности: это выявило сильную положительную корреляцию,

Но является ли этот механизм избирательным для этих нисходящих сигналов, связанных с памятью? Сенсорные стимулы могут иметь значение из-за того, что мы научились связывать с ними, но также просто из-за их физических свойств. Например, чем громче звуки, тем легче они привлекают внимание как у людей, так и у животных. Однако это функция низкого уровня, имеющая мало общего с предыдущим опытом. «Любопытно, что мы обнаружили очень разные, даже противоположные, механизмы кодирования для этой восходящей формы релевантности», — говорит Парди.

Учитывая их центральную важность, ученые предположили, что способ получения этих сигналов в неокортексе должен строго регулироваться. Парди и его сотрудники обратились к этому в дальнейших экспериментах в сочетании с вычислительным моделированием в сотрудничестве с лабораторией доктора Хеннинга Шпрекелера и его команды в Техническом университете Берлина. Результаты действительно выявили ранее неизвестный механизм, который может точно настроить информацию по этому пути, идентифицируя специализированный тип нейрона в самом верхнем слое неокортекса как динамический привратник этих нисходящих сигналов.

«Эти результаты показывают, что таламический вход в сенсорный неокортекс является ключевым источником информации о прошлых переживаниях, связанных с сенсорными стимулами. Такие нисходящие сигналы нарушаются при ряде заболеваний мозга, таких как аутизм и шизофрения, и мы надеемся, что что настоящие результаты также позволят глубже понять дезадаптивные изменения, лежащие в основе этих тяжелых состояний », — заключает Летцкус.

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Max-Planck-Gesellschaft . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. М. Белен Парди, Йоханна Фогеншталь, Тамас Далмай, Тереза ​​Спано, Де-Лин Пу, Лаура Б. Науманн, Фридрих Кречмер, Хеннинг Шпрекелер, Йоханнес Й. Летцкус. Таламокортикальный нисходящий контур ассоциативной памяти . Наука , 2020; 370 (6518): 844 DOI: 10.1126 / science.abc2399