Селективность нейронов, необходимая для запоминания, зависит от концентрации внимания

Селективность нейронов — это их способность избирательно реагировать на определенные категории стимулов, например лица, места или объекты. В контексте эпизодической памяти это означает, что во время восприятия и запоминания события нейроны активируются специфическим образом, формируя детализированную «кортикальную репрезентацию» этого события. Уже установлено, что у пожилых людей без явных когнитивных нарушений существует связь между степенью нейронной селективности и успешностью запоминания.

С возрастом нейронная селективность снижается, и нейроны менее специфично реагируют на стимулы. Хотя это снижение связывают с ухудшением когнитивных функций у пожилых, точные механизмы остаются малоизученными. Авторы статьи в Science Advances предположили, что индивидуальные различия в нейронной селективности у пожилых людей без когнитивных нарушений частично связаны с тем, как у этих людей функционирует внимание.

В исследование набрали 166 пожилых людей без когнитивных нарушений. Участники проходили фМРТ-сканирование во время запоминания пар «слово—лицо» или «слово—место», а также во время извлечения этих воспоминаний. В тесте на память показывали слова из пар или новые слова и просили вспомнить, с какой категорией — лиц или мест — они были связаны, либо отметить слово как знакомое без возможности вспомнить ассоциацию. Память оценивали, исходя из точности воспроизведения связей между словами и изображениями.

Результаты показали, что с возрастом способность запоминать такие пары ухудшается, при этом пары «слово—место» запоминаются хуже, чем «слово—лицо».

Также участники проходили дополнительное тестирование, в ходе которого им нужно было вспомнить конкретное изображение, связанное со словом. Анализ показал, что если человек правильно вспомнил пару ассоциаций во время сканирования, то с высокой вероятностью он смог вспомнить и конкретное изображение позже.

При запоминании лиц активировались специализированные лицевые области, связанные с их распознаванием (фузиформная и затылочная); при запоминании мест — участки, отвечающие за пространственное восприятие (париетальная кора и парагиппокампальная извилина). Кроме того, успешное запоминание пар было связано с повышенной активностью зрительной коры, сетей внимания и гиппокампа, в то время как забывание сопровождаелось активацией префронтальной и височной коры.

Повышенная селективность нейронов — активация участков, ответственных за «свою» категорию стимула — была ассоциирована с успешным припоминанием. Наиболее высокой она была у испытуемых, которым затем удавалось точно вспомнить объект в ходе тестирования.

Линейная модель со смешанными эффектами показала, что селективность нейронов на этапе кодирования воспоминаний снижается с возрастом. В первую очередь это затрагивало зоны, отвечающие за восприятие мест — возрастное снижение в них было более выражено. Кроме того, возрастное снижение селективности оказалось сильнее в случаях успешного запоминания, но влияние возраста на связь селективности и памяти было одинаково для обеих категорий — лиц и мест.

Отдельно ученые проанализировали селективность нейронов в контексте доклинической стадии болезни Альцгеймера. Маркеры ранней стадии — фосфорилированный тау-белок pTau181 и соотношение форм бета-амилоида Aβ42/Aβ40 — в крови и спинномозговой жидкости варьировали у участников. Повышенный их уровень коррелировал с ослабленной селективностью нейронов в областях восприятия мест, но не лиц. Однако значимой связи с памятью (точностью восстановления ассоциативных связей самим участником) выявлено не было.

Затем авторы изучили, как нисходящее внимание влияет на селективность нейронов в областях восприятия лиц и мест, а также как его воздействие меняется с возрастом и связано с успешностью запоминания. Селективность нейронов была тесно связана с активацией дорсальной сети внимания (DAN), которая и отвечает за нисходящее внимание. При успешном запоминании активность этой сети возрастала во фронтопариетальных областях, причем эта связь не зависила от возраста. Математическое моделирование показало, что при усилении активности DAN увеличивается селективность нейронов при запоминании. Обнаруженный эффект был одинаков в областях восприятия лиц и мест.

При учете одновременно активности DAN и возраста выяснилось, что оба показателя вносят независимый вклад в изменения селективности нейронов.

Анализ также показал, что влияние DAN на селективность в зонах восприятия мест связано главным образом с усилением реакции на предпочтительную категории стимула, то есть места. В лицевых зонах такая дифференциация отсутствовала — усиление наблюдалось как для предпочтительных (лица), так и для нецелевых стимулов.

Таким образом, снижение нейронной селективности с возрастом может отражать ослабленную модуляцию памяти, которая происходит под влиянием дорсальной сети внимания. Успешное запоминание связано с тем, что внимание усиливает селективность нейронов в областях, отвечающих за восприятие конкретной категории стимулов. Это подчеркивает важность избирательной активации и внимания для эффективного запоминания в пожилом возрасте.