Ученые из Института мозга RIKEN (RIKEN Brain Science Institute, Япония) во главе с Томасом МакХью (Thomas McHugh) и Стивеном Миддлтоном (Steven Middleton) исследовали работу гиппокампа лабораторных мышей и выяснили, что именно он позволяет животному определять свое местоположение в окружающей обстановке и играет роль своеобразной ментальной карты, в которую «вписана» пространственная информация. Эксперимент показал, что эту карту довольно легко повредить и оставить животное в недоумении на предмет того, где оно находится и куда направляется — стоит только разрушить нейронные связи между зонами гиппокампа. Исследование опубликовано в журнале Nature Neuroscience, коротко о работе рассказывает пресс-релиз института.
Команда МакХью определила, что главную роль в формировании у мышей представления об окружающей обстановке играют нейронные импульсы, исходящие от зоны гиппокампа CA3 к другим зонам, в частности — к CA1, которая напрямую от них зависит (в гиппокампе всего четыре зоны — СА1, СА2, САЗ и СА4. Аббревиатура СА — от латинского Cornu Ammonis ‘аммонов рог’). Залог постоянного обновления пространственной карты — это ритмичное поступление таких импульсов.
Чтобы изучить последствия, которые возникнут при нарушении равномерного поступления синаптических импульсов от САЗ к другим зонам гиппокампа, ученые ввели в САЗ нейротоксины, которые «заглушили» исходящие от нее сигналы. Результатом стала потеря ориентировки в пространстве, нарушение ментальной карты и «запутанность» — животное перестало определять свое местонахождение и не могло оценить окружающую обстановку. Стало ясно, что корректная ориентировка на местности напрямую зависит от способности гиппокампа систематически формировать и поддерживать синаптические связи между областями — это не позволяет ошибкам нейронных импульсов смешивать и разрушать пространственную информацию, в том числе и во сне.
Специалисты пронаблюдали за перемещением мышей в пространстве и выяснили, что для регулярного обновления ментальной карты гиппокамп формирует определенный тета-цикл — цикл ЭЭГ, который продуцируется гиппокампом и позволяет мозгу концентрироваться на какой-то конкретной задаче — с частотой 8 Гц. Если нарушить систематичность синаптических связей между СА-зонами, частота тета-цикла сохраняется, но корректной работе гиппокампа уже не помогает. «Общая организация нейронных сигналов в рамках тета-цикла невозможна без исходящих от САЗ импульсов — не ясно, откуда и куда направляется мышь», — сказал МакХью.
Кроме того, специалисты исследовали проблему разрушения осцилляторных нейронных сетей между зонами СА1 и САЗ. Такие сети функционируют за счет колебания элементов и напрямую связаны с работой тета-ритмов гиппокампа. Их повреждение ученые приписывают широкому спектру болезней — от шизофрении до Альцгеймера, поэтому более тщательное изучение ритмичной работы гиппокампа может в дальнейшем помочь распознать механизмы возникновения таких болезней.
К слову, о тесной связи гиппокампа и памяти, а также о тета-ритмах можно узнать из ранней публикации портала Научная Россия, посвященной второй Всероссийской конференции «Гиппокамп и память: норма и патология».
