По словам исследователей Сукбина Лим и Марка Голдмана из Центра нейробиологии Калифорнийского университета в Дэвисе, воспоминания могут поддерживаться в мозгу с помощью механизма, знакомого любому инженеру – петли отрицательной и положительной обратной связи.
Работа опубликована авг. 18 в журнале Nature Neuroscience.
"Загадка заключается в следующем: как цепи мозга сохраняют память, не теряя ее??" сказал доцент Голдман. "Например, если вы сохраняете в памяти желтый цвет, почему он со временем не превращается в оранжевый??"
Более ранние модели использовали положительную обратную связь для сохранения воспоминаний. Идея состоит в том, что, если память начинает исчезать, схема получает усиление.
"Проблема с положительной обратной связью в том, что без какого-либо дополнительного механизма она хрупкая – система плохо реагирует на возмущение," – сказал Голдман, который также одновременно работает в отделении нейробиологии, физиологии и поведения в Колледже биологических наук и в отделе офтальмологии и зрительной науки Медицинского факультета.
Голдман и Лим, постдокторский исследователь, думали, что эти мозговые цепи могли бы вместо этого делать то, что сделал бы инженер, – стабилизировать систему с помощью отрицательной обратной связи. Например, термостат использует отрицательную обратную связь для включения обогрева или охлаждения в зависимости от того, опускается ли температура в комнате ниже или выше заданного значения.
Исследователи построили математические модели для моделирования нейронных цепей, обнаруженных в коре головного мозга. Нейроны связаны друг с другом через соединения, которые передают либо положительные (возбуждающие), либо отрицательные (тормозящие) сигналы.
Исследования моделирования показывают, что отрицательная обратная связь может стабилизировать эти схемы и позволить им хранить воспоминания. Более того, модели показывают, что эти схемы должны быть устойчивы к возмущениям, таким как гибель отдельных клеток.
"Биологические системы, как правило, устойчивы, поэтому мы хотели, чтобы наши модели отражали эту надежность," Гольдман сказал. По его словам, модели также отражают ключевые особенности схем, наблюдаемых в неокортексе головного мозга.
Лим и Голдман также показали, как положительная обратная связь и отрицательная обратная связь могут работать вместе в одной цепи, продемонстрировав, как мозг может использовать несколько механизмов для хранения воспоминаний.