Одна из давних загадок нейробиологии — способность мозга оставаться гибким для обучения новому и при этом сохранять уже накопленные знания. Чтобы приблизиться к пониманию этого механизма, исследователи изучили нейронные взаимодействия вдоль путей, соединяющих гиппокамп и неокортекс. Особое внимание было уделено областям CA3 и CA1 гиппокампа, а также их связям с ретросплениальной корой — зоной, участвующей в навигации и восстановлении пространственных воспоминаний.

Область CA3 передаёт быстрые и непрерывные потоки информации. Исследование показало, что большая часть этих входящих сигналов сходится на небольшой группе нейронов CA1 — примерно на четверти их общего числа. Затем те же самые нейроны обрабатывают и передают информацию в ретросплениальную кору, но уже с совершенно иным паттерном активности. Это создаёт независимый исходящий канал связи. Такая двойная функциональность позволяет нейронам мультиплексировать входящие и исходящие сигналы, не смешивая их.

Это напоминает работу телефонного коммутатора, который способен одновременно обслуживать множество соединений, не допуская пересечения линий. Благодаря этому новые воспоминания могут интегрироваться в существующие нейронные сети без разрушения уже сохраненной информации.

Кроме того, эти же нейроны продолжают активно работать во время сна. Именно они участвуют в так называемых острых волновых колебаниях — процессах, которые считаются важными для консолидации памяти. Исследователи предполагают, что сохранение активности одного и того же набора клеток днем и ночью помогает переносить новую информацию из гиппокампа в долговременные хранилища коры головного мозга.

Для проведения экспериментов ученые обучили шесть мышей перемещаться по специальной дорожке с вознаграждением на обоих концах. С помощью электродов высокой плотности они одновременно регистрировали активность сотен нейронов и сопоставляли каждый всплеск активности с поведением животных. Позднее аналогичные наблюдения проводились и во время сна, что позволило проследить воспроизведение дневных паттернов работы мозга.

Авторы считают, что открытие может иметь значение не только для изучения болезни Альцгеймера и других нарушений памяти, но и для развития искусственного интеллекта. Современные ИИ-системы часто сталкиваются с проблемой «забывания», когда обучение новым задачам приводит к потере ранее усвоенных знаний. Механизм «коммутатора памяти», обнаруженный в мозге млекопитающих, может подсказать новые подходы к созданию алгоритмов, способных непрерывно обучаться без перезаписи уже накопленной информации.