Нейробиология считает, что воспоминания закодированы в мозге в виде паттернов активности сетей, состоящих из сотен или тысяч нейронов, иногда распределенных по отдаленным регионам мозга. Концепция такого следа памяти — или энграммы — существует уже свыше ста лет, но понять, что на самом деле энграмма и как она кодируется, оказалось крайне сложно. Предыдущие исследования показали, что некоторые формы обучения активируют определенные нейроны, и они реактивируют, когда в памяти вызывается сохраненное воспоминание. Однако существуют ли энграммы для двигательных навыков, оставалось неизвестным.

Ученые из Стэнфорда решили разобраться, как группы клеток, похожие на энграммы, участвуют в обучении и запоминании новых моторных навыков, пишет Stanford News.

«Когда вы начинаете играть в баскетбол, вы используете очень разный набор нейронов, каждый раз когда кидаете мяч, но чем лучше становитесь, тем этот набор нейронов становится рафинированней с каждым разом, — сказал Ричард Рот, один из исследователей. — Эти избранные нейронные пути считались основой энграмм памяти, но мы хотели знать, как именно эти пути возникают».

Для этого ученые выдрессировали мышей дотягиваться до подноса с едой через узкую щель. С помощью генетических инструментов они смогли определить, какие нейроны в двигательном отделе мозга активируются в ходе процесса обучения. Пометив эти клетки флуоресцентным маркером, ученые смогли увидеть, играет ли роль этот процесс в позднейших воспоминаниях.

Проверив новый навык через несколько недель, исследователи обнаружили, что те мыши, которые еще помнили навык, демонстрируют повышенную активность в помеченных нейронах. Другими словами, эти нейроны отвечают за кодирование навыка, и ученым удалось наблюдать формирование энграммы.

Для ответа на следующий вопрос — как конкретная группа нейронов стала отвечать за изучение нового навыка, и как она помогает улучшить моторные навыки — ученым пришлось применить двухфотонную микроскопию и понаблюдать за живыми нейронными цепями в действии. Они увидели, как «нейроны энграмм» перепрограммируют себя по ходу обучения мышей. Клетки энграмм двигательной коры получают новые синаптические сигналы — потенциально отражающие информацию о движении лап — и сами формируют новые мощные связи в отдаленном участке мозга, дорсолатеральном полосатом теле.

Впервые в истории нейробиологии человек наблюдал создание новых синаптических путей на той же популяции нейронов в этих двух регионах мозга.

Хотя это исследование и не исключило гипотезу о централизованной памяти, оно придало дополнительный вес противоположной — что память хранится в виде нескольких копий в различных областях мозга. Ученые полагают также, что в случае подавления активности нейронов, которые идентифицируются как часть энграммы двигательной области коры, мышь, скорее всего, будет способна выполнить свою задачу, хотя, возможно, не так быстро.

Особенность моторных навыков — частое повторение, за счет которого навык совершенствуется. Но это не единственная причина его долговечности. Другая, как полагают исследователи, может корениться в вознаграждении, возможно, через нейромедиатор дофамин. Правда, пока это только догадка.