Как именно в мозге сохраняется информация? В 1966 году был открыт процесс долговременной потенциации (LTP, long-term potentiation) – усиления синаптической связи между нейронами после их стимуляции, но это открытие дало лишь общий ответ на вопрос. Каждый нейрон представляет собой сложный организм, и долгие десятилетия ученые осуществляют исследования сигнальных каскадов внутри нейронов, изучают многочисленные белки, расположенные в синаптических мембранах, удаляют или преумножают одну из частей молекулярной головоломки и наблюдают за изменениями, чтобы узнать подробности о процессе LTP. Другие ученые движутся в противоположном направлении: они предпринимают попытки смоделировать подобие синаптической пластичности в самых простых органических системах – каплях воды, окруженных двойными слоями липидов (bilayer – бислой) и очень отдаленно напоминающих живые клетки. Ранее удавалось показать, что такие простейшие системы способны на «запоминание» после подачи электрических импульсов, но измененная сила связи в псевдо-синапсах удерживалась в лучшем случае несколько секунд. Ученые из Ок-Риджской национальной лаборатории, крупнейшего исследовательского учреждения Министерства энергетики США, сообщают, что им удалось создать простейшую систему, срок удержания результатов LTP в которой составляет от нескольких минут до нескольких часов. Это первое весомое доказательство того, что липидные бислои сами по себе, без участия разнообразных белков, способны осуществлять «запоминание и обучение». Отчет о работе был опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (Scott et al., 2022). «Когда из-за эпидемии ковида часть лабораторных мощностей ушла на простой, мы невольно отвлеклись от привычных исследований, связанных с работой мембран», - пояснил Джон Катсарас, биофизик, специализирующийся на изучении рассеивания нейтронов и функционирования биологических мембран. «Вместе с постдоком Хаденом Скоттом мы решили вновь взяться за работу с системой, которую ранее изучал Пэт Коллиер и его коллеги, но на этот раз применили совершенно иной протокол электрической стимуляции, который мы назвали протоколом обучения. Мало-помалу мы стали получать результаты, практически неотличимые от показателей LTP-сигнала, регистрируемого в мозге человека. Возможность сохранения памяти в искусственных системах, размеры которых исчисляются нанометрами, открывает перспективы для создания компьютерных систем следующего поколения, которые приблизятся по энергоэффективности и гибкости обучения к показателям человеческого мозга – эту сферу исследований называют «нейроморфные исчисления» (neuromorphic computing). В обычных современных компьютерах структуры, сохраняющие информацию, отделены от структур, осуществляющих вычисления, а в случае создания нейроморфных компьютеров эти структуры будут составлять одно целое, напоминая структуры живого мозга. Если нейробиологам удастся показать, что мембраны играют столь же важную роль в запоминании информации в человеческом мозге, как и в примитивных системах, созданных экспериментаторами, это может «драматическим образом изменить наше понимание патологических процессов деменции и механизмов обучения», - сказал Джон Катсарас. «Важно то, что мембрана станет терапевтической мишенью при заболеваниях, которые с трудом поддаются терапии имеющимися лекарствами, воздействующими на белки». #мембраны #LTP #память #обучение #нейробиология #БазовыеИсследования #ИскусственныйИнтеллект #AI