Місяць тому американський стартап Kernel оголосив про початок розробки імплантату для поліпшення пам'яті і навчання людей з порушеннями цих функцій - наприклад, при хворобі Альцгеймера. Науковим керівником проекту став Теодор Бергер (Theodore Berger) з Університету Південної Каліфорнії, який запропонував модель активації нейронів гіпокампа в процесі сприйняття і запам'ятовування інформації, а також показав можливості цілеспрямовано стимулювати таку активність в гіпокампі мишей і навіть приматів.
У Kernel Бергер займеться створенням «гіпокампальних протезів» для людей, які потребують їх. Про його роботу ми поговорили з нейрофізіологом з Центру нейроінженерії Університету Дьюка Михайлом Лебедєвим.
Перш ніж розбиратися з механізмом роботи можливого «протезу пам'яті», давайте розберемося з самою пам'яттю. Є нейрони, є синапси, контакти між ними, і чим частіше синапси проводять збудження, тим легше вони спрацьовують згодом. Ця пластичність синапсів ніби і є пам'яттю. Але цим картина не вичерпується. Що нам на сьогоднішній день твердо відомо про механізм кодування пам'яті на більш високому, ніж синапс, рівні?
Історію з синапсами «придумав» Дональд Хебб, і він же «придумав» вищий рівень, який отримав назву нейронного ансамблю, нейронної мережі. За Хеббу, посилення синапсу відбувається лише в тому випадку, якщо одночасно активуються і один з нейронів, який отримує сигнал з синапсу, і аксон - нервове волокно «вхідного» нейрона. Власне, так і формується пам'ять: якщо нейрон «проявляє зацікавленість» і в цей момент отримує сигнал, то вузол зв'язку зміцнюється. Немов проводиться запис у телефонну книжку. Якщо згодом у нейрон надійде сигнал цим каналом, то він відгукнеться з більшою ймовірністю, оскільки «пам'ятає про попередню розмову».
Можна згадати експерименти Павлова з собаками, лампочками і дзвінками, там відбувається майже те ж саме. Лампочка або дзвіночок виробляють сигнал, який приходить до збуджених їжею нейронів. Ці зв'язки зміцнюються, і наступного разу дзвінка вже достатньо, щоб собака згадала про їжу, і у неї потекли слинки.
Павлов назвав подібне зміцнення зв'язків умовним рефлексом, маючи на увазі досить просту нейронну мережу. Хеббівський ансамбль набагато складніший - це вже нейронна мережа, що включає велику кількість вузлів і зв'язків. Така мережа використовує свої принципи кодування інформації (досі науці невідомі) і генерує різні види активності (наприклад, нейронні осциляції). Крім того, одна і та ж мережа може зберігати багато «записів» в самій своїй конфігурації. Ці записи досить стійкі до пошкодження окремих елементів - мікроінсульт може вбити якусь кількість нейронів, але пам'ять залишиться.
Пам'ять такого роду часто зрівнюють з голограмою, маючи на увазі, що кожна невелика ділянка мозку зберігає весь запис, а за рахунок великої кількості ділянок відбувається лише поліпшення деталізації цих записів - тобто, практично як в голограмі. Але елементарна основа такої голографічної пам'яті - це все-таки нейрони і синапси.
Варто додати, що в мозку багато різних видів синапсів: є хімічні синапси, що використовують для передачі нейротрансмітери, але є й електричні, у яких між нейронами передаються іони - так само, як це відбувається при збудженні серця. Крім того, і нейронів існує великий натовп, вони можуть бути збуджуючими і гальмівними. Не можна забувати і про гліальні (допоміжні) клітини нервової тканини, які теж можуть відігравати певну роль у формуванні пам'яті.
Smithsonian Institution