Птицы закодировали информацию «штрих-кодами»
Американские нейробиологи изучили эпизодическую память черношапочной гаички - птицы, которая прячет пищу в тысячах тайников. Исследователи обнаружили, что эти птицы записывают воспоминания о каждом тайнике с помощью уникальных «штрих-кодов».
Память как функция мозга по сей день остается загадочной и неясной. Где хранятся воспоминания, как они записываются и можно ли их перезаписать - на эти и другие вопросы нейронаукам еще предстоит ответить. Но известно, например, что важное место в этом процессе занимает гиппокамп - отдел мозга, отвечающий за пространственную память и, возможно, эпизодическую. Согласно теории, события откладываются благодаря нейронам места, которые каким-то образом их шифруют.
Однако в нашей жизни происходит колоссальное количество событий - и в зависимости от контекста (времени, задач и прочего) они записываются по-разному. Воспоминания об одном эпизоде накладывались бы друг на друга, и гиппокамп постоянно перезаписывал бы их, потому что ресурс нейронов места не бесконечный. Решает эту нестыковку иная версия, согласно которой нейроны места кодируют контекст, а другие - специализированные нейроны индекс, указатель. Активация этого индекса воспроизводит конкретный эпизод в памяти.
Тем не менее это лишь версия, поскольку ее трудно проверить - для этого нужно исследовать запоминание множества эпизодических переживаний. Четверо нейробиологов из Колумбийского университета (США) решили изучить работу гиппокампа у черношапочной гаички (Parus atricapillus). Эта птица прячет пищу на зиму в тысячах разных мест, запоминая каждое. Такое «кэширование», как отметили авторы нового исследования, отлично подходит для изучения эпизодической памяти. К тому же, по недавним данным, процессы кодирования информации у птиц и млекопитающих схожи. Статья с результатами научной работы опубликована в журнале Cell.
Нейронные записи у гаичек, прячущих пищу. (A) Схема поведенческой арены. (B) Слева: кадры с одной видеокамеры. Справа: 3D-реконструкция, показывающая 18 отслеживаемых ключевых точек у птицы. (C) Поведенческая сессия с тремя периодами. (D) Поведение и нейронная активность в течение ∼4 минут, когда кормушка была закрыта. (E) Отклонения скорости работы нейронов для четырех типов событий, измеренные путем усреднения значений в окне длительностью 1 секунда.
Для эксперимента ученые соорудили квадратную арену, поделенную на четыре сегмента с кормушками, где лежали семена. На всей арене было 128 мест для тайников с крышками. Поведение птиц фиксировали семь видеокамер, одна из которых следила за тайниками. Для регистрации нейронной активности исследователи разработали легкий имплант, который крепили к мозгу испытуемых животных.
Авторы эксперимента обнаружили, что «кэширование» вызывает в гиппокампе гаичек особую активность. Она заключается в двух паттернах. Один - пространственный (ученые назвали его «код места»), он включался как при закладке семян в тайник, так и при обычном посещении того же места. А второй паттерн исследователи назвали «штрих-кодом», потому что он возникал, только когда птица закладывала семена в тайник и тем самым возбуждала некоторое подмножество нейронов, подавляя активность других.
Отдельные нейроны показали типичную настройку места. (A) Карты расположения 112/116 одиночных единиц, зарегистрированных в ходе выборочной сессии. Нейроны были разделены на восемь рядов по средней частоте возбуждения, а затем в каждом ряду по пространственной информации от низкого к высокому слева направо. Цвет каждой секции варьировался от 0 до максимального значения карты места, указанного в заголовке, или до 1 Гц для нейронов с пиковыми значениями карты ниже 1 Гц. Нейроны с высокой частотой возбуждения часто были интернейронами. (B) Карты мест для 33/43 возбуждающих клеток места, случайно выбранных из одного и того же примера. (C) Стабильность пространственной настройки для всех одиночных единиц; пунктирная линия обозначает медиану. (D) Количество спайков в отдельных заходах для шести нейронов. Для возбуждающих нейронов (первые четыре слева) визиты были разделены на визиты вне поля и визиты в поле, показанные слева и справа от пунктирной линии. «В поле» определялись участки, где карта места составляла более одной четвертой от максимума, а «вне поля» - участки, где карта места была равна или ниже медианы карты.
По мнению авторов, «штрих-коды» представляют собой память, сформированную в результате «кэширования» тайников. Реактивация закодированной информации происходила в те моменты, когда птица искала определенный тайник, проверяла его и касалась клювом. Активность одних «штрих-кодов» не коррелировала с соседними тайниками. Примечательно также, что каждый «штрих-код» записывал каждое уникальное событие, даже если несколько событий случились в одном месте.
«Суть в том, что, когда вы формируете память об определенном событии, мозг может генерировать случайную метку, которую он использует для хранения информации, связанной с этим событием, по аналогии с тем, как в магазине записывается информация, связанная с каждым товаром, которую можно извлечь при сканировании этикетки», - объяснил автор исследования Сельмаан Н. Четтих.
Однако столь интригующие результаты пока нельзя экстраполировать на память млекопитающих, ведь устройство их мозга сильно отличается от птиц. Также, как отметили исследователи, неясно, в какой степени полученные данные можно применять к другим формам эпизодической памяти.
Тайники с едой - простое событие, тогда как в памяти может сохраняться череда эпизодов, связанных во времени. Такие события могут храниться в памяти всю жизнь, а в описанном эксперименте анализировали воспоминания, которым около часа. Известно, что черношапочные гаички помнят, где спрятали пищу, до месяца.
Автор: Андрей Папиш
Ссылка на источник
Память как функция мозга по сей день остается загадочной и неясной. Где хранятся воспоминания, как они записываются и можно ли их перезаписать - на эти и другие вопросы нейронаукам еще предстоит ответить. Но известно, например, что важное место в этом процессе занимает гиппокамп - отдел мозга, отвечающий за пространственную память и, возможно, эпизодическую. Согласно теории, события откладываются благодаря нейронам места, которые каким-то образом их шифруют.
Однако в нашей жизни происходит колоссальное количество событий - и в зависимости от контекста (времени, задач и прочего) они записываются по-разному. Воспоминания об одном эпизоде накладывались бы друг на друга, и гиппокамп постоянно перезаписывал бы их, потому что ресурс нейронов места не бесконечный. Решает эту нестыковку иная версия, согласно которой нейроны места кодируют контекст, а другие - специализированные нейроны индекс, указатель. Активация этого индекса воспроизводит конкретный эпизод в памяти.
Тем не менее это лишь версия, поскольку ее трудно проверить - для этого нужно исследовать запоминание множества эпизодических переживаний. Четверо нейробиологов из Колумбийского университета (США) решили изучить работу гиппокампа у черношапочной гаички (Parus atricapillus). Эта птица прячет пищу на зиму в тысячах разных мест, запоминая каждое. Такое «кэширование», как отметили авторы нового исследования, отлично подходит для изучения эпизодической памяти. К тому же, по недавним данным, процессы кодирования информации у птиц и млекопитающих схожи. Статья с результатами научной работы опубликована в журнале Cell.
Нейронные записи у гаичек, прячущих пищу. (A) Схема поведенческой арены. (B) Слева: кадры с одной видеокамеры. Справа: 3D-реконструкция, показывающая 18 отслеживаемых ключевых точек у птицы. (C) Поведенческая сессия с тремя периодами. (D) Поведение и нейронная активность в течение ∼4 минут, когда кормушка была закрыта. (E) Отклонения скорости работы нейронов для четырех типов событий, измеренные путем усреднения значений в окне длительностью 1 секунда.
Для эксперимента ученые соорудили квадратную арену, поделенную на четыре сегмента с кормушками, где лежали семена. На всей арене было 128 мест для тайников с крышками. Поведение птиц фиксировали семь видеокамер, одна из которых следила за тайниками. Для регистрации нейронной активности исследователи разработали легкий имплант, который крепили к мозгу испытуемых животных.
Авторы эксперимента обнаружили, что «кэширование» вызывает в гиппокампе гаичек особую активность. Она заключается в двух паттернах. Один - пространственный (ученые назвали его «код места»), он включался как при закладке семян в тайник, так и при обычном посещении того же места. А второй паттерн исследователи назвали «штрих-кодом», потому что он возникал, только когда птица закладывала семена в тайник и тем самым возбуждала некоторое подмножество нейронов, подавляя активность других.
Отдельные нейроны показали типичную настройку места. (A) Карты расположения 112/116 одиночных единиц, зарегистрированных в ходе выборочной сессии. Нейроны были разделены на восемь рядов по средней частоте возбуждения, а затем в каждом ряду по пространственной информации от низкого к высокому слева направо. Цвет каждой секции варьировался от 0 до максимального значения карты места, указанного в заголовке, или до 1 Гц для нейронов с пиковыми значениями карты ниже 1 Гц. Нейроны с высокой частотой возбуждения часто были интернейронами. (B) Карты мест для 33/43 возбуждающих клеток места, случайно выбранных из одного и того же примера. (C) Стабильность пространственной настройки для всех одиночных единиц; пунктирная линия обозначает медиану. (D) Количество спайков в отдельных заходах для шести нейронов. Для возбуждающих нейронов (первые четыре слева) визиты были разделены на визиты вне поля и визиты в поле, показанные слева и справа от пунктирной линии. «В поле» определялись участки, где карта места составляла более одной четвертой от максимума, а «вне поля» - участки, где карта места была равна или ниже медианы карты.
По мнению авторов, «штрих-коды» представляют собой память, сформированную в результате «кэширования» тайников. Реактивация закодированной информации происходила в те моменты, когда птица искала определенный тайник, проверяла его и касалась клювом. Активность одних «штрих-кодов» не коррелировала с соседними тайниками. Примечательно также, что каждый «штрих-код» записывал каждое уникальное событие, даже если несколько событий случились в одном месте.
«Суть в том, что, когда вы формируете память об определенном событии, мозг может генерировать случайную метку, которую он использует для хранения информации, связанной с этим событием, по аналогии с тем, как в магазине записывается информация, связанная с каждым товаром, которую можно извлечь при сканировании этикетки», - объяснил автор исследования Сельмаан Н. Четтих.
Однако столь интригующие результаты пока нельзя экстраполировать на память млекопитающих, ведь устройство их мозга сильно отличается от птиц. Также, как отметили исследователи, неясно, в какой степени полученные данные можно применять к другим формам эпизодической памяти.
Тайники с едой - простое событие, тогда как в памяти может сохраняться череда эпизодов, связанных во времени. Такие события могут храниться в памяти всю жизнь, а в описанном эксперименте анализировали воспоминания, которым около часа. Известно, что черношапочные гаички помнят, где спрятали пищу, до месяца.
Автор: Андрей Папиш
Ссылка на источник