«Штрихкоды» памяти позволяют черношапочной гаичке запоминать тайники с кормом

Черношапочная гаичка относится к тем птицам, которые делают запасы корма, чтобы пережить зимние холода. Для нее это вопрос жизни и смерти, так как она не мигрирует к югу. Самое интересное — как птицы запоминают и находят свои тайники. Исследование этого поведения помогло ученым из Института по изучению сознания, мозга и поведения имени Цукермана в Колумбийском университете, статья которых опубликована в журнале Cell, разобраться в механизмах эпизодической памяти.

Так называют память на эпизоды индивидуального опыта, которая включает в себя время и место какого-либо события. В последнем большую роль играют так называемые «клетки места» — нейроны гиппокампа, которые активируются при нахождении животного в определенной точке пространства. Запасающее поведение птиц — удобная модель для исследования нейрофизиологии этого явления. Ученые уже выяснили, что гиппокампальные механизмы памяти сходны у птиц и млекопитающих, и «клетки места» у птиц тоже нашли.

Для изучения запасающего поведения черношапочной гаички в лаборатории сконструировали специальную арену — по ее углам находились кормушки, из которых птицы добывали семечки. Эти семечки они прятали в специальные отверстия, закрытые клапанами — так содержимое тайника не было видно снаружи. Перемещения птиц отслеживали с помощью видеокамер и специальной трекинговой системы. В это же время ученые мониторили активность нейронов гиппокампа. Для этого они сконструировали сверхлегкий имплант с регистрирующими электродами, его получили пять прооперированных птиц. Еще семь птиц исследователи подготовили для нейроимаджинга — визуализации тока ионов кальция в активированных нейронах — с использованием вирусной доставки флуоресцентного белка.

Чтобы побудить гаичек делать запасы семечек, ученые использовали нестабильный режим кормления — кормушки были то открыты, то закрыты. В периоды времени, когда корм не был доступен, птицы, прыгая по арене, открывали свои тайники, при этом они либо просто проверяли их, либо извлекали и поедали семечки. Исследователи зарегистрировали четыре типа поведения: визит к тайнику без открытия клапана; запасание семечек в тайник; проверка тайника; извлечение семечек.

Оказалось, что каждый эпизод, в который гаички прятали семечки в отверстиях арены, сопровождался уникальным паттерном активности возбуждающих и тормозных нейронов. «Мы назвали этот паттерн "штрихкодом", потому что он очень точно маркировал индивидуальную память, — говорит руководитель исследования Дмитрий Аронов. — Так, "штрихкоды" двух тайников не совпадали, даже если они находились рядом».

Это был очень короткий всплеск нейронной активности — в среднем около одной секунды. Он складывался из активности примерно 7% нейронов гиппокампа, причем в каждом эпизоде запасания семечек участвовали разные нейроны.

Интересно, что «штрихкод» запасания пищи в определенном тайнике отличался от активности «клеток места», которые реагировали на любое посещение данной точки арены и соседних с ней точек.

«Множество исследований гиппокампа фокусировались на "клетках места", за их открытие в 2014 году была присуждена Нобелевская премия, — отмечает Дмитрий Аронов. — Было принято считать, что эпизодическая память связана с изменениями в этих клетках. Но мы показали, что "клетки места" не меняют своей активности, когда птицы формируют новые воспоминания. Запасание пищи сопровождалось иным паттерном активности, чем тот, что демонстрируют "клетки места"».

Ученые выдвинули гипотезу, что «штрихкод» представляет собой кодирование эпизодической памяти, сформированной в процессе запасания семечек в определенном месте и в определенное время. Его можно сравнить с компьютерным хэш-кодированием. Гипотеза подтвердилась, поскольку такой же паттерн активности — «штрихкод», характерный для данного тайника, нейроны гиппокампа демонстрировали и при последующих его проверках и извлечении семечек. Но после того, как тайник был опустошен, посещение этого места уже не сопровождалось появлением «штрихкода». По-видимому, его реактивация, наблюдаемая при поиске нужного тайника, отражает нейронный механизм обращения к эпизодической памяти.

Вопрос для будущих исследований состоит в том, используют ли птицы этот «штрихкод» нейронной активности для планирования поведения и в какой степени. Это вопрос ученые собираются решить в условиях более сложного эксперимента.

Электрические поля участвуют в формировании памяти