Прошлые исследования в области нейробиологии постоянно подчеркивали роль образования гиппокампа в контекстной памяти, способности запоминать определенные контексты или среды. В этой области мозга контекст обычно представлен активностью определенной популяции нейронов, известной как «клетки места». Как следует из названия, клетки места срабатывают всякий раз, когда человек или животное находятся в определенных местах, средах или местах.

Исследователи из Института системной нейробиологии Кавли, входящего в состав Норвежского университета науки и технологий, недавно провели исследование, в котором изучали, как два процесса в формировании гиппокампа, известные как переназначение и перестройка, способствуют контекстно-зависимому пространственному поведению человека. Их статья, опубликованная в Nature Neuroscience , дает новое представление о нейронных основах функций контекстной памяти, которые могут быть нарушены у людей с определенными заболеваниями мозга, такими как болезнь Альцгеймера.

«Клетки разных мест срабатывают в разных местах и, таким образом, как популяция, отражают когнитивную карту местного контекста», — сказал Medical Xpress Джошуа Б. Джулиан, один из исследователей, проводивших исследование. «Помимо различения местоположений в контексте, гиппокамп также хранит несколько карт, которые позволяют ему представлять несколько контекстов с помощью процесса, известного как переназначение».

Повторное картирование в формировании гиппокампа обычно сопровождается сдвигом в паттернах возбуждения ячеек сетки внутри энторинальной коры (ЭК). Этот процесс, известный как перестройка сетки, также способствует контекстной памяти , поскольку известно, что ячейки сетки срабатывают всякий раз, когда люди занимают гексагональную решетку позиций в окружающей среде, обеспечивая метрику для когнитивной карты, созданной ячейками места.

«Наш катализирующий вопрос был прост: если формирование гиппокампа опосредует контекстную память, как предполагают многие теории функции гиппокампа, можно было бы ожидать, что существуют связи между перераспределением гиппокампа, перестройкой энторинальной решетки и контекстно-зависимым поведением», — сказал Джулиан. «Несмотря на десятилетия исследований роли образования гиппокампа в памяти, было неясно, связаны ли изменения в перераспределении гиппокампа и перестройке сетки с обнаруживаемыми изменениями в зависимом от контекста поведении во время задач пространственной памяти».

Чтобы проверить взаимосвязь между нейронной активностью в формировании гиппокампа и функциями контекстной памяти, Джулиан и его коллега Кристиан Ф. Доеллер создали новую поведенческую задачу навигации, доступную с помощью технологии виртуальной реальности (VR). В рамках этой задачи участники-люди сначала изучают положения объектов на двух аренах виртуальной реальности, одна с квадратной границей, а другая с круговой границей. Впоследствии исследователи проверили контекстную память, собирая изображения своего мозга с помощью технологии функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ).

«Поскольку личности целевых объектов были одинаковыми на двух аренах, для решения этой задачи участникам необходимо было решить, куда идти, исходя из целевого объекта, который им было поручено найти в каждом испытании, и арены, которую они занимали», — сказал Джулиан . «Во время сканирования с помощью фМРТ память для положений объектов была также протестирована на третьей неоднозначной полуквадратной полукруглой гибридной арене, которую мы назвали« сквиркл »».

В задаче на основе виртуальной реальности, разработанной Джулианом и Доеллером, нет явно «правильного» положения для отдельных целевых объектов внутри «сквиркла». Следовательно, при выборе местоположения объекта, которое более соответствует квадратной или круглой арене, участники могут полагаться исключительно на свою собственную контекстную память.

Исследователи также разработали прокси фМРТ, которые представляют переназначение гиппокампа и энторинальное выравнивание сетки. Используя эти прокси, они продемонстрировали, что процессы переназначения и перестройки в квадратной и круговой аренах поддерживаются гиппокампом и ЭК, соответственно.

«Затем мы исследовали взаимосвязь между переназначением гиппокампа, перестройкой энторинальной решетки и контекстной памятью в сквиркле на экспериментальной основе», — сказал Джулиан. «Если человек восстанавливает последовательное в квадрате или круге воспоминание при данном испытании скиркла, являются ли изображения в форме карты в гиппокампе аналогичными тем, которые были получены во время навигации на площадках Square или Circle, соответственно? Другими словами, имеет ли конкретная карта -подобная репрезентация, вызванная формированием гиппокампа в данном испытании скиркла, предсказать, где участники будут вспоминать, что целевой объект находился в этом испытании? »

Полученные данные демонстрируют, что модуляция картографических представлений в гиппокампе и ЭК важна для контекстно-зависимой пространственной навигации. Фактически, когда участники извлекали воспоминания, связанные с квадратными или круглыми областями в сквиркле, представления контекста в их гиппокампе напоминали те, которые вызывались, когда они перемещались или вызывали квадратную или круглую среду виртуальной реальности, соответственно.

«Эти результаты подтверждают давнюю теорию о том, что критически важной функцией образования гиппокампа является представление контекстной информации, которая определяет пространственное поведение», — сказал Джулиан.

«В целом, я считаю, что для достижения полного понимания нейронной основы познания мы должны изучить нейронную основу поведения на множестве видов и уровней анализа (клетки и системы)».

Исследование расширяет текущее понимание того, как процессы переназначения и перестройки в формировании гиппокампа способствуют контекстно-зависимому пространственному поведению. Примечательно, что нарушения контекстно-зависимого поведения и контекстной памяти являются известным признаком многих заболеваний мозга, включая болезнь Альцгеймера. Таким образом, раскрывая нейронные основы контекстной памяти, исследователи могут определить, как она затруднена у людей, страдающих конкретными нейрогенеративными заболеваниями.

«Установив важность переназначения гиппокампа для контекстной памяти, я теперь исследую, вносит ли контекстная обработка в формировании гиппокампа вклад в гибкое контекстно-зависимое принятие решений в более широком смысле», — сказал Джулиан. «Например, решение, какую рубашку надеть, вероятно, зависит от того, собираетесь ли вы на работу или на вечеринку; кодирует ли этот гиппокамп контекстную информацию (например,« работа »или« вечеринка »), которая определяет это решение? этот вопрос д-ру Карлосу Броуди и доктору Дэвиду Танку из Принстонского института нейробиологии (Принстонский университет, США) с использованием различных экспериментальных инструментов, включая причинные манипуляции (оптогенетика) и нейронные записи клеточного разрешения у грызунов ».