Мозг: биография. Извилистый путь к пониманию того, как работает наш разум, где хранится память и формируются мысли

Когда Пенфилд попытался объяснить странное пробуждение воспоминаний в результате стимулируции мозга, то предположил, что этот процесс активирует те же самые пути, что задействованы во время обучения. Теперь эта мысль была реализована с помощью новейшего нейронаучного метода – оптогенетики. Эта методика, разработанная в начале XXI века рядом исследователей, включая Геро Мизенбека, Карла Дайссерота и Эдварда Бойдена, в настоящее время доминирует во многих областях исследований мозга и нейронов животных[225]. Процедура включает в себя введение гена в нужный нейрон, который кодирует светочувствительный белок (опсин). Эту молекулу можно активировать с помощью светового импульса и тем самым заставить нейрон реагировать. Оптогенетика – способ точной идентификации и стимуляции нейронов – была использована для того, чтобы показать, что в нейронах, участвующих в обучении, происходят некоторые изменения, типичные для ДП, и что те же самые клетки активируются во время запоминания [69]. В настоящее время они широко известны как клетки энграммы, хотя не являются единственным ее компонентом, так как туда на самом деле вовлечено просто огромное количество нейронов [70].

Метод оптогенетики был разработан в начале XXI века и в настоящее время доминирует во многих областях исследований мозга и нейронов животных.

В 1982 году Фрэнсис Крик, один из первооткрывателей двойной спирали ДНК, предположил, что структуры, известные как дендритные шипики – крошечные мембранные выросты на поверхности дендрита, разветвленного отростка нейрона, – могут играть ключевую роль в синаптической активности, изменяя их форму во время обучения [71]. Ученый оказался прав в своем предположении, но точный механизм был проще, чем Крик себе представлял. В процессе создания долговременной памяти новые синаптические связи устанавливаются благодаря образованию новых шипиков, а не путем изменения формы существующих. Новые дендритные шипики наблюдаются после обучения у широкого круга животных, и в 2015 году исследователи использовали оптогенетику для сокращения количества шипов, которые были созданы после обучения. Память о конкретной решенной задаче была нарушена, что указывает на то, что дендритные шипики имеют ключевое значение для формирования энграммы [72]. Однако ситуация не так проста, поскольку становится очевидным, что нейроны не создают новые синапсы сами по себе. Другие клетки, называемые астроцитами[226], которые реагируют на нейромедиаторы, по-видимому, способствуют синаптической пластичности и улучшению памяти. Если активация астроцитов в гиппокампе блокируется, то возникает нарушение памяти [73].

Впереди еще много открытий и разъяснений, но в целом результаты подтверждают понимание Хеббом процесса обучения [74]. Несмотря на интенсивные споры о локализации и распределении, которыми была отмечена история науки о мозге, теперь кажется, что воспоминания не находятся в одном месте, хотя отдельные клетки все еще могут играть существенную роль в формировании памяти. Воспоминания часто бывают мультимодальными (включающими место, время, запах, свет и т. д.) и распределяются по коре головного мозга через сложные нейронные сети.