Эмоции разбросало по мозгу

Наверное, со всеми случалось, что запах духов, знакомая мелодия или фотография какого-то места вызывали в памяти воспоминания о пережитом и пробуждали связанные с ними эмоции. Словно это было вчера. Ведь эмоциональная память хранится долго и точна на детали. Вопрос в том, где именно она хранится. Именно им и задались итальянские ученые Тициана Сакко (Tiziana Sacco) и Бенедетто Сакетти (Benedetto Sacchetti) из Туринского университета (University of Turin) и Национального института нейронаук (National Institute of Neuroscience) в Турине.

Ученые проводили эксперименты с крысами, изучая у них память, окрашенную страхом. Ведь страх -- очень сильная эмоция. У крыс его вызывали электрическим током в сочетании с различными стимулами.

Обучение страху

В первом варианте крысам предъявляли звуки разных тонов, после которых подавали ток на решетчатый пол камеры. Во втором варианте животным демонстрировали цветные фигуры на мониторе. В третьем – в камеру направляли струю воздуха, ароматизированную запахами разных овощей. За зрительными и запаховыми стимулами также следовало болевое воздействие.

О том, что определенные звуки, изображения и запахи несут с собой опасность, крысы помнили и через сутки, и через месяц. При проверке их помещали в ту же камеру и предъявляли те же звуковые, зрительные и запаховые стимулы. О том, что память сохранилась, судили по поведению животных – замиранию в ответ на стимулы. И следили за мозгом.

В коре головного мозга есть представительства всех органов чувств. Зрительная зона находится в затылочной части коры, слуховая – на внутренней поверхности височной извилины, а обонятельная – в наиболее древней части, в области крючка и гиппокампальной извилине. Рядом с первичными сенсорными зонами коры, в которые поступает слуховая, зрительная и обонятельная информация, находятся вторичные зоны, где эта информация обрабатывается. И где-то здесь и должны храниться эмоции.

Поиски места для памяти

На первом этапе ученые проверили на эмоции первичные сенсорные области коры. Через месяц после обучения крысам под наркозом повредили первичную слуховую кору. В тесте на память прооперированные крысы, услышав опасный звук, замирали так же, как и контрольные. Отсюда ученые сделали вывод, что первичная слуховая кора эмоциональную память на звук не хранит.

Вторичная слуховая кора поясом охватывает первичную кору. Так что при следующей операции биологи повредили уже ее. Повреждение повредило память: оперированные крысы перестали замирать при опасных звуках. Однако когда крыс, лишившихся части вторичной слуховой коры, снова обучили по той же методике и проверили усвоенное, оказалось, что новую информацию они усвоили. И через сутки их память не пострадала.

Когда ученые проделали то же самое с первичной и вторичной зрительной и обонятельной корой, то получили такие же результаты.

Отсюда вырисовывается роль вторичной сенсорной коры в эмоционально окрашенной памяти: она обеспечивает ее долговременное хранение. Причем каждая зона работает со своей памятью: звуковой, зрительной и обонятельной. Это исследователи также проверили: повреждение вторичной слуховой коры не повлияло на обонятельную память и т.д.

Проверка концепции

Следующая стадия эксперимента позволила подтвердить предположение и отсечь прочие возможности.

Для более точного выключения определенной зоны ученые вводили прямо в кору пептид ZIP -- ингибитор протеинкиназы, необходимой для формирования долговременной памяти. Он не повреждает нейроны, но нарушает синаптическую передачу. Пептид ввели во вторичную слуховую, зрительную и обонятельную кору через сутки и через месяц после обучения. Через два дня после инъекции крысам устроили тестирование. Оказалось, пептид повредил длительную память, но оставил нетронутой ту, что возникла недавно.

Также предстояло проверить, что повреждения вторичной сенсорной коры влияют на страх как таковой. Поэтому исследователи смотрели, как ведут себя крысы в открытом поле и в лабиринте в присутствии вещества, инстинктивно вызывающего страх (он имитирует запах хищника). Крысы продемонстрировали, что с таким страхом у них все в порядке.

Нужно было проверить и предположение, что вторичные сенсорные зоны мозга сохраняют лишь свою сенсорную память, а эмоции здесь вообще ни при чем. Для этого крысам устроили тест на привыкание. Семь дней животные слушали один и тот же звук (резкий щелчок). Сначала они вздрагивали в ответ на него, а потом привыкали. Но для привыкания нужно как минимум запомнить данный звук. Оказалось, повреждение вторичной слуховой коры никак не повлияло на этот вид слуховой памяти.

То же самое вышло и в опыте с привыканием к запаховому стимулу (использовали запах сыра и оценивали реакцию обследования в ответ на него).

Генетическая подоплека

Затем ученые перешли на уровень генов и обнаружили, что во вторичных сенсорных зонах коры усиливалась работа ранних генов и синтез белка zif268, необходимого для памяти. Усиление активности отмечалось во II-IV слоях коры, которые имеют обширные связи с другими корковыми областями и с подкоркой. Поэтому биологи считают, что оно отражает формирование нейронных ансамблей между областями.

Вторичные сенсорные зоны коры имеют связи с миндалевидным телом – структурой мозга, где «живет» страх и другие эмоции. Ее повреждение нарушало память на страх независимо от модальности стимулов. Кроме того, отмечают ученые, роль в эмоциональной памяти играет также передняя поясная извилина, которая обменивается информацией с вторичными сенсорными зонами коры.

В итоге концепция эмоциональной памяти, которую предлагают итальянские нейрофизиологи, выглядит так. В условиях, когда зрительные, звуковые или запаховые стимулы сочетаются с сильными эмоциями, вторичная сенсорная кора выполняет обработку сенсорной информации и, взаимодействуя с другими структурами мозга, кодирует ее для длительного хранения. Она же участвует в воспроизведении памяти в ответ на повторение стимулов.

Статья о механизмах эмоциональной памяти опубликована в последнем выпуске Science.