У черношапочных синиц необычная память, которая позволяет им вспомнить местонахождение тысяч кусочков еды, что поможет им пережить зиму. Теперь ученые из Института Цукермана в Колумбии обнаружили, как синицы могут запоминать так много деталей: они запоминают каждое место еды, используя активность клеток мозга, похожую на штрих-код. Эти новые открытия могут пролить свет на то, как мозг создает воспоминания о событиях, составляющих нашу жизнь.
«Мы видим мир через наши воспоминания об объектах, местах и людях», — сказал автор исследования Дмитрий Аронов из Колумбийского института Цукермана и Колумбийского колледжа врачей и хирургов Вагелоса. «Воспоминания полностью определяют то, как мы видим мир и взаимодействуем с ним. Благодаря этой птице у нас есть способ понять память невероятно упрощенным способом, а, поняв их память, мы поймем кое-что о себе».
Такое форматирование памяти в виде штрих-кода, впервые раскрытое в журнале Cell, может быть распространенной тактикой в мозге животных, в том числе и человека.
«Есть много результатов у людей, которые полностью соответствуют механизму штрих-кода», — сказал соавтор исследования Сельмаан Четтих.
Синицы — «гении памяти», — сказал автор исследования Аронов. Они являются мастерами эпизодической памяти — способности мозга вспоминать определенные моменты, например, когда они спрятали немного еды под корой дерева или в сучке. Для них это может оказаться вопросом жизни и смерти, поскольку в отличие от большинства птиц, обитающих в холодных местах, синицы не мигрируют зимой. Это означает, что их выживание зависит от того, будут ли они помнить, где они прятали еду в теплое время года, причем некоторые из них делают до 5000 таких тайников в день.
Ученым давно известно, что эти птицы полагаются на гиппокамп — структуру мозга, важную для памяти всех позвоночных, включая человека, — для хранения воспоминаний о своих тайниках. Однако никто не выявил специфическую нейронную активность в гиппокампе, которая кодирует эпизодические воспоминания, такие как события кэширования еды.
«Вопрос, на который мы пытаемся ответить, заключается в следующем: «Что такое память с физической точки зрения?» — сказал доктор Четтих.
Синицы могут помочь ученым раскрыть эту тайну. Чтобы изучить потрясающую память синиц, Аронов и его команда построили крытые арены, вдохновленные естественной средой обитания птиц.
«Ученые восхищались памятью этих птиц на протяжении десятилетий, но остается загадкой то, что происходит в их мозгу, поддерживая эти воспоминания», — сказал Аронов. «Теперь в нашем распоряжении есть инструменты нейронной записи и отслеживания поведения, которые помогут расширить наши знания о том, как эти птицы способны на такие способности памяти».
В типичных экспериментах черношапочная синица инстинктивно прячет семена подсолнечника в отверстиях на аренах, пока исследователи отслеживают активность гиппокампа. Между тем, шесть камер также фиксируют порхающих птиц, а система искусственного интеллекта автоматически отслеживает их, когда они прячут и достают семена.
Ученые неожиданно обнаружили, что каждый раз, когда синица прячет семя, нейроны гиппокампа активируются по уникальной схеме. Эти мимолетные закономерности активировались снова, когда птицы извлекли конкретный запас еды.
«Это очень поразительные модели активности, но они очень краткие — в среднем всего около секунды», — сказал доктор Четтих. «Если бы вы не знали точно, когда и почему они произошли, их было бы очень легко пропустить».
По их словам, когда исследователи обдумали свои данные, идея нейронных штрих-кодов как уникальных меток для различных событий начала обретать смысл.
Эти шаблоны штрих-кодов существуют независимо от активности нейронов гиппокампа, называемых клетками места, которые кодируют воспоминания о местах. Каждый штрих-код остается уникальным, даже если речь идет о тайниках, спрятанных в одном и том же месте, но в разное время, или о соседних тайниках, сделанных в быстрой последовательности.
«Многие исследования гиппокампа были сосредоточены на клетках места, и за их открытие в 2014 году была присуждена Нобелевская премия», — сказал доктор Аронов. «Итак, в этой области предполагалось, что эпизодическая память должна иметь какое-то отношение к изменениям в клетках места. Мы обнаружили, что клетки места на самом деле не меняются, когда птицы формируют новые воспоминания. Вместо этого во время кэширования пищи возникают дополнительные модели активности, помимо тех, которые наблюдаются с помощью клеток места».
В дальнейшем исследователи хотят посмотреть, активируют ли синицы штрих-коды при поиске тайников в удаленных местах.
«Это то, чего мы могли бы ожидать, если они планируют получить кэшированный элемент до того, как они это сделают», — сказал доктор Четтих. «Мы хотим определить те моменты, когда птица думает о месте, но его еще нет, и посмотреть, может ли активация штрих-кода заставить птицу отправиться к тайнику».
Исследователи также хотят знать, широко ли используется тактика штрих-кодирования, которую они обнаружили у синиц, среди других животных, включая людей. Подобные исследования могут помочь пролить свет на основную часть человеческого опыта.
«Если задуматься о том, как люди определяют себя, кем они себя считают, о своем самоощущении, то центральную роль в этом играют эпизодические воспоминания об определенных событиях», — сказал доктор Четтих. «Это то, что мы пытаемся понять».
