Американские ученые из Массачусетского технологического института предложили революционную гипотезу, объясняющую, почему человеческий мозг обладает гораздо большим объемом памяти, чем можно было бы ожидать, учитывая только работу нейронов. Исследование опубликовано в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Команда полагает, что звездообразные клетки мозга — астроциты — играют критическую роль в хранении информации, работая в тесной связке с нейронами.
Долгое время астроциты считались лишь вспомогательными клетками, выполняющими функции «уборщиков» — они снабжают нейроны питательными веществами, регулируют кровоснабжение и удаляют продукты распада. Однако последние исследования показали, что эти клетки активно участвуют в когнитивных процессах, включая память.
Каждый астроцит образует тысячи отростков, обвивающих синапсы — места контакта между нейронами. Это формирует так называемые трехкомпонентные синапсы, где астроциты могут влиять на передачу сигналов. Ранее было доказано, что при нарушении связи между астроцитами и нейронами гиппокампа (области мозга, ответственной за память) ухудшается как запоминание, так и воспроизведение информации.
Хотя астроциты не генерируют электрические импульсы, как нейроны, они используют колебания уровня кальция для координации своей активности. Эти сигналы позволяют им «чувствовать» нейронную активность и отвечать высвобождением глиотрансмиттеров — молекул, аналогичных нейротрансмиттерам.
Чтобы проверить свою гипотезу, команда создала математическую модель, объединяющую нейроны и астроциты в аналог сети Хопфилда — классической модели ассоциативной памяти. Однако традиционные сети такого типа не могут объяснить огромную емкость человеческой памяти.
Решение нашлось в идее «плотной ассоциативной памяти», где информация кодируется через сложные взаимодействия множества клеток. Поскольку один астроцит связан с сотнями тысяч синапсов, он может выступать в роли «моста», позволяя нейронам формировать высокоуровневые связи.
Почему наш мозг запоминает плохое лучше, чем хорошее
Модель предсказывает, что память в мозге кодируется через постепенные изменения кальциевых паттернов в астроцитах, которые затем передают информацию нейронам. Эта система не только высокоэффективна, но и энергетически экономична.
Открытие может иметь далеко идущие последствия. Во-первых, оно дает нейробиологам новую мишень для исследований — манипулируя связями астроцитов, можно изучать механизмы памяти. Во-вторых, принципы работы нейро-астроцитарных сетей могут быть использованы в искусственном интеллекте для создания более мощных и энергоэффективных алгоритмов.
