Забытые герои памяти: как астроциты помогают мозгу хранить воспоминания

Долгое время считалось, что мозг — это царство нейронов. Эти электрические «звёзды» затмевали всех остальных. Но что, если настоящие архитекторы памяти скрываются в их тени? Речь об астроцитах. Эти клетки — настоящие многостаночники: они и уборщики, и снабженцы, и регулировщики мозгового кровотока. А ещё у них есть тончайшие отростки, которые могут обнимать синапсы — точки контакта нейронов. Получается трёхсторонний диалог: два нейрона и астроцит. Недавно выяснилось: нарушь эту связь в гиппокампе (главном «архиваторе» мозга), и память начинает давать сбой. Интересно, не правда ли?

В отличие от нейронов, астроциты не щёлкают электрическими разрядами. Их язык — это волны кальция, бегущие по клеточной цитоплазме. Так они перешёптываются между собой.

Но главное — с помощью этих кальциевых сигналов астроциты синхронизируют свою работу с нейронами! Они чувствуют, когда нейрон «выстрелил», меняют уровень кальция внутри себя и в ответ выбрасывают в синапс собственные сигнальные молекулы — глиотрансмиттеры. Получается замкнутый круг: нейрон говорит астроциту, астроцит отвечает нейрону. Настоящий диалог, о котором мы даже не подозревали.

Команда из MIT задалась вопросом: как же эта паутина связей участвует в хранении воспоминаний? Для моделирования они взяли за основу сети Хопфилда — классическую модель ассоциативной памяти. Но у неё есть проблема: она слишком «туговата» и не может вместить тот объём данных, которым оперирует наш мозг. Усовершенствованная версия, «плотная ассоциативная память», справляется лучше, используя связи высокого порядка — между многими нейронами сразу. Но как мозг физически реализует такие связи, если обычный синапс соединяет всего две клетки?

И вот тут на сцену выходят астроциты. Исследователи построили модель «нейрон-астроцит». И оказалось, что такая система может хранить информации на порядок больше, чем старая добрая сеть Хопфилда. Разгадка в том, что астроцит с его многочисленными отростками может одновременно контактировать с множеством синапсов, становясь тем самым недостающим звеном для сложных многонейронных связей.

Получается, что именно обширная сеть контактов между нейронами и астроцитами может быть ключом к тайне памяти. Учёные предполагают, что в астроцитах воспоминания кодируются через плавные изменения кальциевых потоков — не дискретные импульсы, а целые волны.

Эта информация передаётся обратно нейронам через глиотрансмиттеры. Каждый крошечный отросток астроцита ведёт себя как независимая вычислительная единица. Представьте: не одна большая клетка, а целая армия микро-процессоров, обнимающих синапсы! Скоординированная работа этих отростков и создаёт ту самую динамику, которая резко увеличивает ёмкость нашей памяти.

Чтобы проверить теорию, учёным нужно научиться управлять связями астроцитарных отростков и смотреть, как это повлияет на запоминание. Помимо разгадки одной из величайших тайн мозга, эта модель может дать неожиданный бонус — новые идеи для архитектуры искусственного интеллекта. Ведь меняя «настройки» этих клеточных сетей, можно создавать вычислительные системы с принципиально новыми свойствами. Мозг, как всегда, оказывается гениальнее любых наших схем.