Прошлые исследования нейронауки показывают, что воспоминания о событиях, которые произошли с короткими интервалами времени друг от друга, часто связаны посредством процесса, называемого связыванием памяти. Хотя связывание памяти в настоящее время является хорошо документированным явлением, его нейронные основы не были полностью выяснены.

Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) недавно провели исследование, направленное на лучшее понимание нейронных процессов, которые способствуют связыванию памяти в мозге мыши . Их выводы, опубликованные в Nature Neuroscience, предполагают, что дендритная пластичность, адаптация дендритов (т. е. ветвящихся расширений нейронов) с течением времени, играет ключевую роль в связывании воспоминаний.

«Несколько лет назад в эпохальном исследовании , опубликованном в Nature в 2016 году, мы продемонстрировали, что воспоминания, сформированные с разницей в несколько часов, связаны, поскольку они хранятся в общем наборе нейронов в гиппокампе», — рассказал Medical Xpress Альсино Сильва, старший автор статьи. «Мы хотели узнать: где внутри этих нейронов хранятся и связаны эти воспоминания? Что заставляло эти нейроны активироваться?»

Хотя несколько лет назад ответить на эти вопросы в экспериментальной обстановке было невозможно, с тех пор Сильва и его коллеги разработали новые инструменты и технологии для исследования субклеточных механизмов. В сотрудничестве с лабораторией Йоты Пойрази в Фонде исследований и технологий на Крите они приступили к исследованию того, как дендритная и синаптическая динамика может способствовать связыванию памяти, используя методы моделирования.

«В более раннем теоретическом исследовании , также опубликованном в 2016 году, мы предсказали, что связанные воспоминания должны не только храниться в общих популяциях нейронов, но и располагаться в общих дендритах внутри этих нейронов», — сказал Пуарази.

«Вдохновленные этими открытиями и с помощью нашей междисциплинарной команды, мы решили выяснить, могут ли дендритные механизмы обеспечивать связь воспоминаний во времени в мозге грызунов и каким образом», — добавил Силва.

В рамках своего недавнего исследования ученые использовали три разных, но взаимодополняющих метода визуализации. Используя эти методы, они визуализировали три отдельных субклеточных компартмента у живых мышей, а именно сому, дендриты и шипики нейронов.

«Мы показали, что когда у мышей формируются два воспоминания, близкие по времени, мы видим, что в формировании этих двух воспоминаний задействовано множество одних и тех же соматических клеток, дендритных ветвей и шипиков», — пояснила Мегха Сехгал, первый автор и соавтор статьи.

«Во втором классе экспериментов мы использовали сложные методы генетической маркировки для манипулирования этими нейронными сомами и дендритами. Когда мы заставили независимые воспоминания храниться в одних и тех же нейронных сомах или даже дендритах, и обнаружили, что этого простого вмешательства в одну область мозга, ретроспленальную кору, было достаточно, чтобы связать эти воспоминания!»

Сильва, Сехгал и их коллеги обнаружили, что после их экспериментального вмешательства мыши стали бояться коробки, которая ранее не имела для них значения, просто потому, что память об этой коробке хранилась в тех же дендритах, которые хранили воспоминания о коробке, в которой они испытали удар током. В сотрудничестве с Пуарази и ее лабораторией они затем использовали методы вычислительного моделирования для объяснения своих наблюдений.

«Моделируя биореалистичную сеть нейронов с дендритами и локализованной пластичностью, модель показала, что локализованные механизмы дендритной пластичности необходимы для воспроизведения ключевых свойств связанных воспоминаний, таких как привлечение тех же дендритов, кластеризация синапсов и стабильность с течением времени», — сказал Сехгал.

Результаты, собранные этой исследовательской группой, предполагают, что связывание воспоминаний в мозге мыши поддерживается высоко локализованными изменениями (т. е. в пределах нескольких микрометров) на дендритах нейронов. Сильва, Сехгал и их коллеги предполагают, что подобные локализованные дендритные изменения могут также играть роль в других типах процессов памяти.

«Хотя подобные локализованные изменения были зарегистрированы в предыдущих исследованиях клеточных культур и срезов мозга, мы не знали их функции», — сказал Сехгал. «Насколько нам известно, это первая демонстрация их полезности в поведении животных».

Это недавнее исследование может вскоре проложить путь для дальнейших исследований, изучающих вклад дендритной пластичности в определенные хорошо документированные процессы памяти. Кроме того, это может помочь лучше понять расстройства, связанные с нарушенной способностью связывать воспоминания.

«Наши результаты важны для понимания того, как воспоминания связываются во времени, формируя эпизоды памяти, а также для решения проблем дефицита памяти, при котором нарушается связь воспоминаний, например, связанных с болезнью Альцгеймера», — пояснил Пуарази.

«Предоставляя механистическое понимание связей памяти, наша работа служит первым шагом на пути к разработке новых методов лечения, которые могут быть нацелены на такие механизмы с целью устранения соответствующих дефицитов памяти».

В своих будущих исследованиях Сехгал и ее лаборатория в Университете штата Огайо продолжат изучать основы дендритной пластичности, которая способствует связыванию и кодированию воспоминаний. Кроме того, они планируют дополнительно изучить связанные с памятью паттерны пластичности, которые они наблюдали в рамках своего недавнего исследования.

«Мы обнаружили, что компартментализированная пластичность играет решающую роль в определении того, как будут храниться воспоминания в будущем, но мы не знаем лежащих в ее основе механизмов», — сказал Сехгал. «Моя лаборатория сейчас глубже изучает схему и молекулярные процессы, которые обеспечивают эту пластичность».

Пуарази и ее коллеги из Фонда исследований и технологий сейчас работают над расширением своих вычислительных моделей для моделирования других областей мозга и их вклада в различные когнитивные задачи. Они надеются, что эти модели помогут им лучше понять роль дендритных механизмов в функциях обучения и памяти, а также раскроют некоторые из их наиболее важных особенностей.

«Параллельно с этим, учитывая ключевую роль дендритов в биологическом обучении и памяти, мы инициировали новое направление исследований, в рамках которого мы применяем дендритные механизмы в системах искусственных нейронных сетей (например, Чавлис и Пуарази, Nature Communications 2025) с целью сделать системы машинного обучения и искусственного интеллекта более надежными, интеллектуальными и эффективными, как мозг».