Все устройства хранения памяти, от головного мозга до оперативной памяти вашего компьютера, хранят информацию, изменяя свои физические качества. Более 130 лет назад нейробиолог Сантьяго Рамон-и-Кахаль (Santiago Ramón y Cajal) впервые предположил, что головной мозг хранит информацию путем перестройки связей в синапсах, между нейронами.
С тех пор нейробиологи пытались понять физические изменения, связанные с формированием памяти. Но визуализация и картирование синапсов — сложная задача. Во-первых, синапсы очень малы и плотно упакованы. Они примерно в 10 миллиардов раз меньше самого маленького объекта, который может визуализировать стандартная клиническая МРТ. Кроме того, в головном мозге мышей насчитывается около 1 миллиарда синапсов, которые исследователи часто используют для изучения функций мозга, и все они имеют тот же непрозрачный или полупрозрачный цвет, что и окружающая их ткань.
Новизна исследования
Новый метод визуализации позволил составить карту синапсов во время формирования памяти. Исследователи обнаружили, что процесс формирования новых воспоминаний изменяет то, как клетки мозга связаны друг с другом. В то время как некоторые области мозга создают больше связей, другие их теряют.
Ранее ученые сосредоточились на записи электрических сигналов, вырабатываемых нейронами. Хотя эти исследования подтвердили, что нейроны меняют свою реакцию на определенные стимулы после формирования памяти, они не смогли точно определить, что вызывает эти изменения.
Материалы и методы исследования
Чтобы изучить, как физически изменяется головного мозг, когда он формирует новую память, были созданы 3D-карты синапсов рыбок данио до и после формирования памяти. Исследователи выбрали рыбок данио в качестве подопытных, поскольку они достаточно велики, чтобы мозг функционировал так же, как у людей, но достаточно малы и прозрачны, чтобы видеть живой мозг.
Чтобы вызвать у рыбы новую память, ученые использовали тип процесса обучения, называемый классическим обусловливанием. Это включает в себя одновременное воздействие на животное двух разных типов раздражителей: нейтрального, который не вызывает реакции, и неприятного, которого животное пытается избежать. Когда эти два стимула соединяются вместе достаточное количество раз, животное реагирует на нейтральный стимул так, как если бы это был неприятный стимул, указывая на то, что оно создало ассоциативную память, связывающую эти стимулы вместе.
В качестве неприятного раздражителя исследователи осторожно нагревали рыбок инфракрасным лазером. Когда рыба взмахивала хвостом, это воспринялось как признак того, что она хочет убежать. Когда рыба затем подвергается воздействию нейтрального стимула, включается свет, щелчок хвоста означает, что она вспо