Jak si mozek pamatuje: Nové zážitky se na známé trasy jen „vrství“, staré mapy zůstávají nedotčené

Vědci z Univerzitní nemocnice v Bonnu (UKB) a Bonnu odhalili, jak mozek integruje nové zážitky do již známého prostředí, aniž by přepisoval své stávající paměťové mapy.

Vědci z Univerzitní nemocnice v Bonnu (UKB) a Bonnu odhalili, jak mozek integruje nové zážitky do již známého prostředí, aniž by přepisoval své stávající paměťové mapy. Jejich výzkum na myší modelech ukázal, že mozek si známé trasy uchovává nedotčené a nové informace na ně pouze „vrství“, podobně jako navigační aplikace přidává upozornění na událost k již naplánované trase.

Studie, publikovaná v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences, se zaměřila na hipokampus – oblast mozku klíčovou pro pracovní paměť a tvorbu prostorových map. Konkrétně se vědci soustředili na obvody CA3, které propojují informace a podporují rozpoznávání vzpomínek. Zjistili, že tyto obvody udržují své prostorové mapy stabilní a nové poznatky na ně pouze přidávají jako další vrstvu.

Výzkumný tým zaznamenával aktivitu axonů CA3 u myší, které procházely známou lineární trasou. V určitém bodě trasy vědci zavedli mírně nepříjemný, ale neškodný podnět – proud vzduchu, srovnatelný s neočekávanou překážkou na cestě. Sledovali, jak se hipokampální síť aktualizuje před, během a po této události. „Nejvíce nás překvapilo, že se samotná prostorová mapa nikdy nezměnila. Základní prostorová mapa zůstala zcela nedotčená, zatímco síť současně začlenila novou anotaci. Je to, jako by hipokampus měl systém verzování, který zapisuje nové zážitky jako samostatnou vrstvu přes mapu,“ uvedl spoluautor Heinz Beck z Institutu pro experimentální epileptologii a kognitivní vědy UKB.

Systém však nereagoval na novou událost slepě. Proud vzduchu generoval systematické geometrické deformace v dynamice populace neuronů, které spolehlivě označovaly místo a čas události. Tyto deformace však nepřepsaly základní prostorovou mapu, nýbrž se na ni pouze překryly. Výsledek tak fungoval současně jako poziční mapa i jako záznam událostí, takže obě úrovně bylo možné číst nezávisle na sobě.

Aktualizace map je společným úsilím celé neuronové sítě. Studie porovnávala dva různé typy axonů CA3, které propojují dorzální hipokampus jedné hemisféry s dorzálním hipokampem druhé. Oba obvody aktualizovaly své mapy podobným způsobem a distribuovaly aktualizační signál rovnoměrně mezi tzv. místní buňky (place cells), zodpovědné za orientaci v prostředí, a nemístní buňky. To naznačuje, že hipokampus nenechává revize map na malém týmu specializovaných neuronů, ale rozděluje aktualizaci po celé síti nervových buněk, čímž zajišťuje stabilní integraci nové anotace do existující mapy.

„Naše zjištění objasňují, že hipokampální mapy nepředstavují statický obraz prostředí, ale spíše se vyvíjejí v jemných, nepřetržitých krocích, neustále vkládají nové informace, zatímco základní geometrická struktura prostoru zůstává nedotčena,“ dodala spoluautorka Tatjana Tchumatchenko. Matematická oddělitelnost prostorové mapy a vrstvy anotací ukazuje, že ačkoli mozek tyto dva typy informací ukládá společně, organizuje je tak, aby se nepřepisovaly. To rozšiřuje naše chápání toho, jak mozek strukturuje informace a jak zajišťuje stabilitu i flexibilitu zároveň. Tento objev má zásadní význam pro pochopení mechanismů učení a paměti a může v budoucnu přispět k vývoji nových přístupů k léčbě poruch paměti.