Определенные нейроны, которые отображают воспоминания, теперь идентифицированы в человеческом мозге

K_O_S | 25 ноября, 2019 | Здоровье | Комментариев нет

Нейроинженеры нашли первое доказательство того, что отдельные нейроны в человеческом мозге нацеливаются на определенные воспоминания во время отзыва. Они изучали записи у нейрохирургических пациентов, которым имплантировали электроды в мозг, и изучали, как сигналы мозга пациентов соответствуют их поведению при выполнении задачи памяти о местонахождении объектов в виртуальной реальности. Исследователи определили «клетки-следы памяти», чья активность была пространственно настроена на место, где субъекты помнили, что сталкивались с конкретными объектами.

Важным аспектом человеческой памяти является наша способность вызывать определенные моменты из огромного множества событий, которые произошли в любой конкретной обстановке. Например, если вас попросят порекомендовать туристический маршрут для города, который вы посещали много раз, ваш мозг каким-то образом позволяет вам выборочно вспомнить и отличить определенные воспоминания от ваших разных поездок, чтобы дать ответ.

Исследования показали, что декларативная память — вид памяти, который вы можете сознательно вспомнить, например, свой домашний адрес или имя своей матери, — зависит от здоровых медиальных структур височных долей в мозге, включая гиппокамп и энторинальную кору (ЕС). Эти регионы также важны для пространственного познания, продемонстрировано? благодаря получению Нобелевской премии открытия «размещать ячейки» и «ячейки сетки» в этих регионах — нейроны, которые активируются для представления определенных местоположений в окружающей среде во время навигации (сродни GPS). Тем не менее, неясно, относится ли или как эта «пространственная карта» в мозгу к памяти человека о событиях в этих местах, и как нейронная активность в этих регионах позволяет нам ориентироваться на определенную память для поиска среди связанных переживаний.

Команда во главе с нейроинженерами из Columbia Engineering нашла первое доказательство того, что отдельные нейроны в человеческом мозге нацеливаются на определенные воспоминания во время отзыва. Они изучали записи у нейрохирургических пациентов, у которых в мозг были имплантированы электроды, и исследовали, как сигналы мозга пациентов соответствуют их поведению при выполнении задачи памяти о местонахождении объектов в виртуальной реальности (VR). Исследователи идентифицировали «клетки-следы памяти», чья активность была пространственно настроена на место, где субъекты помнили, что сталкивались с конкретными объектами. Исследование опубликовано сегодня в Nature Neuroscience .

«Мы обнаружили эти нейроны, следящие за памятью, в основном в энторинальной коре (ЕС), которая является одной из первых областей мозга, пораженных началом болезни Альцгеймера», — говорит Джошуа Джейкобс, доцент биомедицинской инженерии, который руководил изучение. «Поскольку активность этих нейронов тесно связана с тем, что человек пытается запомнить, вполне возможно, что его деятельность нарушается такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера, что приводит к дефициту памяти. Наши результаты должны открыть новые линии для изучения того, как нейронная деятельность в энторинальной коре и медиальной височной доле помогает нам нацеливаться на прошлые события, чтобы вспомнить, и в более общем плане, как пространство и память перекрываются в мозге ».

Команда смогла измерить активность отдельных нейронов, воспользовавшись редкой возможностью: инвазивной регистрацией мозга 19 нейрохирургических пациентов в нескольких больницах, в том числе в медицинском центре Колумбийского университета в Ирвинге. Пациенты страдали эпилепсией с лекарственной устойчивостью, и поэтому им уже были имплантированы электроды для записи в мозг для их клинического лечения. Исследователи разработали эксперименты как увлекательные и захватывающие компьютерные игры VR, а лежачие пациенты использовали ноутбуки и портативные контроллеры для перемещения по виртуальным средам. Выполняя задание, субъекты сначала перемещались по среде, чтобы узнать местоположение четырех уникальных объектов. Затем исследователи удалили объекты и попросили пациентов перемещаться по окружающей среде и отмечать местоположение одного конкретного объекта в каждом испытании.

Команда измерила активность нейронов, когда пациенты перемещались по окружающей среде, и помечала их цели памяти. Первоначально они идентифицировали чисто пространственно настроенные нейроны, подобные «клеткам места», которые всегда активировались, когда пациенты перемещались через определенные места, независимо от цели памяти субъектов. «Эти нейроны, казалось, заботились только о пространственном местоположении человека, как чистый GPS», — говорит Салман Э. Касим, аспирант Джейкобса и ведущий автор исследования.

Но исследователи также заметили, что другие нейроны активируются только в местах, имеющих отношение к памяти, которую пациент вспоминал в этом испытании — всякий раз, когда пациентам предписывалось ориентироваться на другую память для отзыва, эти нейроны меняли свою деятельность, чтобы соответствовать запомненному местоположению новой цели. Что особенно взволновало Джейкобса и Касима, так это то, что они могли на самом деле расшифровать конкретную память, на которую целился пациент, основываясь на активности этих нейронов.

«Наше исследование демонстрирует, что нейроны в человеческом мозге отслеживают события, которые мы добровольно вспоминаем, и могут изменять свои модели активности, чтобы различать воспоминания. Они похожи на булавки на вашей карте Google, которые отмечают места, которые вы помните для важных событий, «Касим говорит. «Это открытие может послужить потенциальным механизмом нашей способности выборочно использовать различные переживания из прошлого и подчеркнуть, как эти воспоминания могут влиять на пространственную карту нашего мозга».

Затем Джейкобс и Касим планируют искать доказательства того, что эти нейроны представляют воспоминания в непространственных контекстах, чтобы лучше охарактеризовать их роль в функции памяти. «Теперь мы знаем, что нейроны заботятся о том, где происходят наши воспоминания, и теперь мы хотим посмотреть, заботятся ли эти нейроны о других особенностях этих воспоминаний, например, когда они произошли, что произошло и так далее», — отмечает Касим.

Источник истории:

Материалы предоставлены Школой инженерных и прикладных наук Колумбийского университета . Оригинал написан Холли Эвартс. Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.

Связанные мультимедиа :

Видео с YouTube: пример пробных заданий пространственной памяти

Ссылка на журнал :

Салман Э. Касим, Джонатан Миллер, Кори С. Инман, Роберт Э. Гросс, Джон Т. Вилли, Брэдли Лега, Джуй-Джуй Лин, Ашвини Шаран, Ченгьюан Ву, Майкл Р. Сперлинг, Самир А. Шет, Гай М. Макханн, Эллиот Х. Смит, Кэтрин Шевон, Джоэл М. Стейн, Джошуа Джейкобс. Восстановление памяти модулирует пространственную настройку отдельных нейронов в энторинальной коре человека . Nature Neuroscience , 2019; DOI: 10.1038 / s41593-019-0523-z