Человек, пытаясь вспомнить, где он оставил, допустим, ключи, рисует в воображении картинку того места, в котором видел их в последний раз. Может показаться, что это изображение появляется в мыслях неким волшебным образом, однако на самом деле наши воспоминания имеют вполне физическую основу. Это значит, что они записываются в памяти. Но где именно? Где та страничка, в которой начертано «левый карман пиджака» рядом со словом «ключ»? Нейробиологи наконец-то разобрались в этом вопросе. По крайней мере, в случае с лабораторными мышами.
Прежде чем найти воспоминание, его нужно создать. Мозг делает это с необычайной лёгкостью, играючи и ежесекундно. Во время этого процесса он одновременно активирует множество клеток. Однако они находятся в разных его областях, потому что здесь необходимо задействовать разные аспекты памяти. Например, нейроны зрительной коры запишут то, что вы видели, а их коллеги в миндалине — то, что вы чувствовали.
В нейрофизиологии этот физический след воспоминаний называется энграммой.
Это уникальный паттерн активирующихся одновременно нейронов, который и является чем-то вроде записи. Эти клетки и в самом деле меняются, когда мы что-то закрепляем в памяти. Они образуют более прочные связи друг с другом, выпускают больше дендритных шипиков — выростов, позволяющих нейронам взаимодействовать. Можно ли как-то увидеть конкретную энграмму? В идеале её можно заметить, если найти способ активировать одни и те же нейроны в результате реакции на одно и тоже внешнее воздействие. Легче всего это, естественно, сделать на мышах.
В 2007 году в журнале «Science» была опубликована статья, в которой учёные поведали миру о том, как били грызунов током в ногу. Электрическому разряду предшествовал звуковой сигнал. Этот протокол довольно часто применяется для изучения памяти. Если экспериментатор видит, что мышь напряглась, это значит, что она помнит о неминуемости разряда. Исследователи использовали особый светящийся белок для маркировки нейронов, которые задействовались во время «обучения» мышей электричеством. Это позволяло видеть, какие из них работали, когда грызун слышал сигнал и откладывал в памяти дальнейший сценарий развития событий. Через несколько дней учёные повторили экзекуцию и увидели, что при воспроизведении сигнала срабатывают те же самые нейроны. То есть, по большому счёту, они визуально наблюдали это воспоминание.
После этого перед научным сообществом стал следующий вопрос — приведет ли изменение нейронов энграммы к перезаписи памяти. Это показало бы, что именно они хранят воспоминания, и могут быть при наличии соответствующих инструментов отредактированы.
В 2009 году исследователи ввели в мозг мышей вирус, который увеличил как скорость активации запоминающих клеток, так и количество дендритных шипиков, их соединяющих. Это привело к резкому насыщению одной из областей мозга «супернейронами», которые, по мнению учёных, могли использоваться для хранения воспоминаний. После этого был повторён описанный выше эксперимент с тревожным сигналом и электрическим разрядом. При этом вирус можно было полностью ликвидировать после выполнения им своей роли, и это привело бы к уничтожению созданных им супернейронов. После того как учёные активировали функцию самоуничтожения микроба, выяснилось, что мыши ничего не помнят. Их не пугал тревожный сигнал, который предупреждал о скором ударе тока, то есть гибель супернейронов привела к потере воспоминания.
В ходе дальнейших исследований ученым удалось поэкспериментировать как с реальными, так и с ложными воспоминаниями. В 2012 году они использовали методику оптогенетики, позволяющую с помощью света «включать» определенные нейроны в области мозга, которая предварительно наполняется светочувствительными протеинами. Учёные выработали у мышей ассоциацию звукового сигнала с разрядом тока, после чего ввели белки в нейроны энграммы, в которой были записаны воспоминания об этом неприятном ощущении. Теперь при включении света мыши вели себя как при звуковом сигнале — напрягались, ожидая удара. Хотя ничего не слышали.
В 2013 году исследователи поиздевались над грызунами ещё более изощренным способом. Соответствующий отчёт был опубликован в журнале «Science». Они пересаживали мышей из привычных клеток в новые, где подвергали ударам тока, вырабатывая страх перед вновь полученным жилищем. Затем с помощью описанного чуть выше метода оптогенетики у них активировались энграммы, хранившие воспоминания о старых клетках. После того как животных возвращали туда, они ожидали подвоха и от этих «домиков», искренне считая, что именно здесь они подверглись не очень приятной экзекуции.
Всё вышеописанное может создать впечатление, что нейробиологи научились манипулировать памятью — изменять её, внушать и удалять, как заблагорассудится. Однако говорить об этом пока слишком рано. До создания тех вспыхивающих штуковин, которыми пользовались «люди в чёрном», ещё очень далеко. Однако если манипуляции с нейронами энграмм позволяют предсказуемым образом добавлять, удалять и изменять воспоминания, это означает, что они представляют собой неплохой инструмент для изучения памяти.