Циркадная система, которая регулирует физиологические изменения в нашем организме, в основном контролируется областью мозга под названием суперхиазматическое ядро. Эта система также влияет на дневные или ночные колебания в других областях мозга, включая дорсальный гиппокамп — одну из областей, где формируются воспоминания. Поскольку у многих организмов память лучше формируется в течение дня, ученые хотели понять молекулярные механизмы, связывающие циркадные ритмы с памятью.
Формирование долговременной памяти обычно состоит из трех этапов. Вначале происходит приобретение воспоминаний при первичном изучении информации. Затем память должна пройти этап консолидации. Во время него происходят молекулярные изменения, приводящие к клеточным и синаптическим модификациям в мозге, которые закрепляют память. Наконец, воспоминания должны быть извлечены и восстановлены позднее, когда необходимо использовать сохраненную информацию. Ученые предположили, что консолидация памяти — процесс, связанный с молекулярными изменениями в мозге — является основным фактором, который объясняет различия в производительности памяти днем и ночью.
Ученые выделили и проанализировали все гены, которые выражаются в дорсальном гиппокампе мышей, обученных задаче по запоминанию местоположения объектов. В эксперименте мышей поместили рядом с двумя одинаковыми объектами в определенных местах. Позже их снова сталкивали с этими объектами, но один из них перемещался. Если мыши после этого исследовали перемещенный объект дольше, чем тот, который оставался в исходном местоположении, это означало, что они помнят начальную конфигурацию.
Активность многих генов колеблется в течение дня и ночи независимо от обучения или воспоминаний. Исследователи сравнили активность генов у мышей, обучавшихся в течение дня и ночи, с этими естественными колебаниями. У животных, которые тренировались в течение дня, было выявлено резкое увеличение активности генов. А у мышей, обучавшихся ночью, экспрессия генов менялась намного меньше. Одним из генов с высоким уровнем экспрессии в течение дня, который затем снижался ночью, был ген, известный как Period 1.
Ген Period 1 играет важную роль в регуляции суточных циклов. Но он также влияет на память в гиппокампе, работая независимо от своих функций в циркадной системе. Исследователи предполагают, что этот ген «подрабатывает», контролируя процесс консолидации памяти в течение дня и ночи. Таким образом, Period 1 выполняет две важные роли: управляет суточными циклами и влияет на формирование памяти. Когда ученые отключили активность Period 1 в дорсальном гиппокампе мышей, у них нарушилась память, но большинство аспектов циркадной системы функционировали нормально.
Исследование того, как память работает на молекулярном уровне, позволяет лучше понять проблемы с памятью и найти способы их решения. Взаимосвязь между циркадными ритмами и формированием памяти также поможет определить, когда и как человек лучше учится.
