Органическая память - от человека к компьютеру

Исследователи из Университета Западного резервного района (США) показали, что наблюдения за активностью клеток в срезах ткани мозга крыс позволяют извлекать информацию о внешних раздражителях.

Нейробиологи обычно выделяют три типа человеческой памяти: декларативную, предназначенную для хранения фактов, процедурную, отвечающую за приобретение и сохранение навыков, и кратковременную рабочую. Авторов интересовал механизм функционирования последнего типа памяти.

В своих экспериментах ученые регистрировали активность плазматических астроцитов (одного из видов нейроглиальных клеток), располагающихся в гиппокампе. Нередко именно астроциты оказываются поврежденными у больных эпилепсией. «Специалистам известно, что у многих эпилептиков наблюдаются нарушения памяти, — рассказывает участник исследования Филлип Лаример (Phillip Larimer). — И мы тщательно исследовали возможную связь».

Опыты дали положительные результаты: при введении стимулирующих электродов в срезы гиппокампа грызунов регистрировалась самопроизвольная активность плазматических астроцитов, которая позволяла определить, на какой из электродов подано напряжение. «Наблюдать за одной клеткой было бесполезно, — говорит второй автор работы Бен Строубридж (Ben Strowbridge). — Эффект памяти проявлялся только при изучении обширной группы клеток». По данным ученых, «воспоминания» такого рода сохранялись в течение десяти секунд.

Авторам также удалось выяснить, что формирование «воспоминаний» в их опыте обеспечивают гранулярные клетки, описание которых составил в 1893 году испанский ученый, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине Сантьяго Рамон-и-Кахаль.

Исследователи планируют продолжать эксперименты и выяснить, какой максимальный объем информации можно удерживать в гиппокампе.

Как работает память? Почему одна информация сохраняется в голове на всю жизнь, а другая сразу забывается? Эти вопросы давно интересуют как ученых-теоретиков, так и практикующих врачей. Разгадка тайн человеческого мозга приведет к прорыву в методах лечения заболеваний нервной системы и окажет неоценимую услугу развитию информационных технологий.
Неврологи классифицируют человеческую память по трем типам: семантическая (декларативная), процедурная и рабочая (эпизодическая). Каждая из них играет свою роль в мыслительном процессе и обладает уникальными способностями.

Семантическая память предназначена для долговременного хранения информации - запоминания точных фактов и каких-либо специфических событий из жизни. Процедурная отвечает за навыки и способности - игру на музыкальных инструментах, правила спортивных состязаний и другие подобные данные. Наконец, рабочая память требуется для кратковременных воспоминаний, ею человек пользуется, чтобы, например, запомнить номер телефона.

Именно последний тип вызывает наибольший интерес ученых. Краткосрочная память необычна тем, что процессы запоминания в ней разных типов информации происходят по-разному, равно как и забывание. Подчас, человек может легко запомнить один набор цифр и букв на всю оставшуюся жизнь, но другая комбинация вылетит из головы за считанные минуты. Особенно непредсказуем процесс запоминания у людей, страдающих эпилепсией, поэтому изучение краткосрочной памяти очень важно для лечения этого заболевания и сопутствующих ему ментальных проблем.

Профессор физиологии и биофизики Бен Стоубридж и его коллега невролог Филипп Ларимье из университета Кейс Вестерн Резерв (Огайо, США) провели ряд опытов на участке нервных тканей, изъятых из мозга крысы. Они выбрали такой отдел, который содержит наибольшее количество нейронов типа протоплазматический астроцит или "мшистая клетка".

Эти нервные клетки бывают чаще всего повреждены у людей, страдающих эпилепсией, и ученые предположили, что проблемы с запоминанием напрямую связаны с функциями протоплазматических астроцитов. Кроме того, мшистые клетки идеально подходят для исследований, поскольку сохраняют большую часть своих возможностей даже в срезах нервных тканей.

Поместив на изучаемый срез несколько электродов, американские ученые зафиксировали спонтанные вспышки нервной активности. Когда же в ходе опыта на электроды случайным образом подавался электрический ток, астроциты запоминали, какой именно из электродов был активирован последний раз. Эта информация сохранялась примерно на 10 секунд, что полностью подтверждает проведенные ранее тесты - рабочая память человека держит воспоминания именно такой промежуток времени.

Проведенный эксперимент стал первый удачной попыткой сохранить информацию в лабораторном образце нервной ткани. Профессор Стоубридж шутит по этому поводу: "Нам потребовалось всего четыре года, чтобы запомнить два бита информации на 10 секунд". Но сразу же добавляет: "Получив такой результат, мы сможем развивать это направление гораздо быстрее, и новые открытия последуют лавинообразно".

Опыт позволил выявить, что за сам процесс формирования воспоминаний отвечают нервные клетки, получившие название "полулунные зернистые". Они были описаны еще в 1893 году основателем нейроанатомии Сантьяго Рамоном-и-Кахалем. Великий испанский ученый в своих работах изложил возможность существования нейронов, опознающих и аккумулирующих информацию, которую потом передают на хранение в мшистые клетки. Несмотря на то, что наличие полулунных клеток было предсказано так давно, неврологи напали на их след лишь два года назад, и теперь Стоубридж и Ларимье доказали их существование.

Это открытие стало третьим на счету научного дуэта. В 2006 году американские неврологи явили миру другую нервную клетку, существование которой было предсказано все тем же Рамоном-и-Кахалем в конце XIX века. "Клетка Блейнса", названная испанским нейроанатомом по фамилии одного из его студентов, отвечает за обработку информации, поступающей от органов осязания. И то представление о запахе, который получает человек, вырабатывается именно этим типом нейронов.

Стоубридж и Ларимье не только смогли отделить клетки Блейнса от других нейронов в нервной ткани, но и продемонстрировали их неустойчивость перед таким заболеванием, как болезнь Альцгеймера. Именно с поражением этих нервных клеток оказался связан один из синдромов заболевания, когда пациент начинает ощущать от знакомых предметов и продуктов новые, ранее ему неведомые запахи.

Одной из задач своих исследований неврологи считают изучение перспектив построения органической памяти для вычислительных машин. Специалисты из университета Кейс Вестерн Резерв уверены, что такие информационные хранилища могут лучше сберегать и интерпретировать массивы данных.