В журнале PLoS One вышло презабавнейшее исследование, которое посвящено механизмам долговременной памяти. Эта тематика составляет одну из загадок в нейробиологии. Но новая статья – это не исследование собственно памяти, а того, как сами нейробиологи думают о том, как долговременная память устроена.
Credit: Unsplash/CC0 Public Domain
Предлагаемые исследователями механизмы включают в себя корректировку синаптической силы, синаптогенез, внутриклеточные молекулярные модификации, изменения в возбудимости нейронов, а также изменения в миелинизации или компонентах внеклеточного матрикса.
Многие уверены, что память хранится в астроцитах и т.п.Некоторые исследователи утверждают, что ансамбли синаптических связей формируют устойчивые следы памяти. Данные о таких нарушениях, как гипотермия, при которой мелкие нейронные структуры временно исчезают без потери воспоминаний, ставят под сомнение исключительную роль синаптических ансамблей как субстрата памяти.
Многие из предложенных механизмов могут сосуществовать, взаимодействовать или компенсировать друг друга, что усложняет попытки выделить единую физическую структуру для хранения информации.
После 100 лет исследований нейробиологи так и не пришли к единому мнению о том, какие нейрофизиологические особенности кодируют долговременную: существует ли структурная шкала между молекулярными деталями и макроскопическими особенностями мозга и зависит ли память от точных молекулярных состояний или более грубых паттернов связей. Это оставляет область исследований в состоянии постоянной неопределённости.
В новой статье испытуемыми стали сами ученые. Авторы набрали 312 нейробиологов из двух разных групп. В одну группу вошли 33 «эксперта по энграммам», опубликовавшие исследования, непосредственно связанные с нейрофизиологией памяти.
Во вторую группу вошли 279 участников конференций по вычислительной и системной нейробиологии (COSYNE) с 2022 по 2024 год, представляющие более широкий спектр специализаций в области нейробиологии.Приглашения по электронной почте получили 305 «энграммных экспертов», из них 33 человека ответили, что составляет 12,1 % от общего числа. Участников конференций было больше: написали 4125 участникам COSYNE, в результате чего 279 человек ответили, что составляет 7,3 % от общего числа. Показатели завершения опроса в обеих группах составили около 75 %. Денежные вознаграждения в размере 75 долларов для «нейробиологов памяти» и 20 долларов для участников COSYNE были призваны повысить процент ответивших.
Участники ответили на 28 вопросов, разделённых на шесть категорий: демографические данные; представления о структурной основе памяти; теоретические аспекты хранения информации в памяти; сохранение мозга; возможность эмуляции работы всего мозга; осведомлённость в соответствующих темах. Большинство вопросов требовали ответа, а в дополнительных полях можно было оставить комментарий.
Чтобы разобраться в фундаментальных, но в то же время провокационных концепциях нейробиологии, авторы задали респондентам вопросы о структуре памяти. Например, могут ли подробные карты нейронной структуры сами по себе содержать определённые воспоминания, например о пройденном маршруте в лабиринте или запомненном пароле? Около 46% респондентов согласились, что теоретически это возможно при наличии достаточно сложных методов. Примерно треть опрошенных категорически не согласились с этим.
Респонденты назвали дополнительную информацию, которая потенциально необходима для считывания воспоминаний. Чаще всего упоминались динамически изменяющиеся паттерны нейронной активности (47 %), контекстные данные об опыте и психических состояниях (43 %) и сенсомоторная информация (37%). Реже упоминались химические и электрические градиенты (15 %) и некие квантовые свойства (5 %).
Большинство из 70% согласились с тем, что стойкие изменения в связности нейронов и силе синапсов в первую очередь составляют структурную основу долговременной памяти, в отличие от молекулярных или субклеточных деталей.
На вопрос о том, какие физические параметры необходимо измерить, чтобы расшифровать конкретную долговременную память в статичном, сохранившемся мозге, участники исследования ответили, что это зависит от масштаба и разрешения.
Большинство респондентов считают, что необходимо фиксировать типы и точное расположение отдельных биомолекул. Почти все согласны с тем, что субклеточные структуры размером около 500 нм и больше необходимы, в то время как детали на атомном или квантовом уровне, как правило, не нужны для расшифровки памяти.
Что касается практических применений, в ходе исследования задавался вопрос о том, смогут ли современные методы сохранения мозга когда-нибудь обеспечить расшифровку памяти.
Опрос показал, что в среднем 41 % респондентов (в форме той или иной силы вероятности) считают, что мозг, сохранённый с помощью альдегид-стабилизированной криоконсервации (ASC), сохраняет достаточно информации для расшифровки некоторых долговременных воспоминаний. Ответы показали бимодальное распределение с пиками около 10 % и 75 %, что говорит о том, что мнения респондентов резко разделились.
Участники оценили медианную вероятность в 40% того, что эмуляция всего мозга может (в конечном итоге) быть создана из сохраненного ASC мозга без предварительных электрофизиологических записей, увеличиваясь до 62%, если такие записи были доступны заранее.
Интересно, что ни опыт исследований, ни сравнение экспериментальных и вычислительных данных, ни уровень компетентности существенно не повлияли на взгляды респондентов. Эксперты-исследователи памяти несколько более скептически относились к расшифровке воспоминаний из сохраненного мозга, но разница не была статистически значимой.
Участников попросили спрогнозировать, когда станет возможной эмуляция всего мозга, и оценить средние сроки для различных видов. Согласно прогнозам, эмуляция всего мозга простейшего модельного животного, нематоды Caenorhabditis elegans (302 нейрона) станет возможной к 2045 году, мышей — к 2065 году, а людей — к 2125 году.
Большинство нейробиологов поддержали идею о том, что долговременная память основана на стабильных структурных особенностях мозга, в первую очередь на устойчивых изменениях в нейронных связях и синаптической силе. Тем не менее до сих пор существуют значительные разногласия по поводу того, какие именно нейрофизиологические особенности (или детали в каком пространственном масштабе) являются критическими физическими субстратами для хранения долговременной памяти.
Оценки теоретической возможности расшифровки воспоминаний из сохранённого мозга или создания эмуляции всего мозга сильно разнятся, что указывает на нерешённые фундаментальные вопросы.
По мнению исследователей, отсутствие единого мнения в нейробиологии само по себе не является проблемой, а является результатом того, что учёные двигаются в разных направлениях, пытаясь заполнить глубокие пробелы в нейробиологических знаниях о физической основе памяти. Они предполагают, что развитие технологий наблюдения и вычислительной нейробиологии в конечном счёте поможет прояснить эти неоднозначные моменты.
Текст: Алексей Паевский
Ariel Zeleznikow-Johnston et al, What are memories made of? A survey of neuroscientists on the structural basis of long-term memory, PLOS One (2025). DOI: 10.1371/journal.pone.0326920
Читайте материалы нашего сайта во ВКонтакте, Яндекс-Дзен и канале в Telegram
Свежие комментарии