Ученые опровергли теорию «чистого листа»: мозг изначально заполнен

Нейроны, заполненные биоцитином — маркером, который окрашивает их во время записи, фиксируются и окрашиваются для полного восстановления их формы. Кредит: © Jose Guzman / Jonas group at ISTA

Гиппокамп играет ключевую роль в формировании воспоминаний и навигации в пространстве. Он помогает преобразовывать краткосрочный опыт в долговременную память, позволяя нам сохранять и развивать полученные знания. Ученые под руководством профессора Магдалены Вальц по естественным наукам Питера Йонаса из Института науки и технологий Австрии (ISTA) внимательно изучают эту область мозга. Их новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, посвящено тому, как развивается одна из основных нейронных сетей гиппокампа после рождения.

Представьте себе совершенно чистый лист бумаги. Вы начинаете писать на нем, постепенно заполняя его информацией. Эта идея отражает концепцию tabula rasa, или «чистого листа».

Теперь представьте страницу, на которой уже есть пометки. Любая новая информация должна вписаться в уже существующую или заменить ее. Это представляет собой tabula plena, или «заполненный лист».

Этот давний спор спрашивает, начинаем ли мы жизнь с уже предопределенным всем или наш опыт формирует то, кем мы становимся. В биологии этот вопрос проявляется как баланс между генетическими инструкциями и влиянием окружающей среды, которые формируют развитие.

Исследовательская группа из ISTA применила эту идею к гиппокампу, который отвечает за память и пространственное восприятие. Они хотели понять, как его внутренняя сеть меняется после рождения и ведет ли она себя больше как «чистый лист» или как «заполненный».

Изучение сети памяти мозга

Ученые сосредоточились на ключевой цепи гиппокампа, состоящей из пирамидальных нейронов CA3. Эти клетки критически важны для хранения и извлечения воспоминаний. Они полагаются на пластичность — способность мозга адаптироваться путем усиления или ослабления связей или изменения структуры.

Выпускник ISTA Виктор Варгас-Барросо изучал мозг мышей на трех стадиях развития: сразу после рождения (7-8 день), в подростковом возрасте (18-25 день) и во взрослом возрасте (45-50 день).

Чтобы изучить, как функционируют эти сети, он использовал метод пэтч-кламп, который измеряет крошечные электрические сигналы в определенных частях нейронов, включая пресинаптические окончания и дендриты. Команда также использовала передовые методы визуализации и лазерные методы для наблюдения за активностью внутри клеток и точной активации отдельных нейронных связей.

От плотной и случайной к утонченной и эффективной

Результаты выявили удивительную закономерность. На ранних этапах развития сеть CA3 чрезвычайно плотная, с связями, которые кажутся в значительной степени случайными. По мере созревания мозга эта сеть становится менее перегруженной, но более организованной и эффективной.

«Это открытие было довольно неожиданным», — говорит Йонас. «Интуитивно можно ожидать, что сеть будет расти и со временем становиться плотнее. Здесь мы видим обратное. Это следует тому, что мы называем моделью обрезки: она начинается заполненной, а затем становится более оптимизированной и эффективной».

Почему мозг начинается заполненным

Исследователи все еще изучают, почему возникает такая закономерность. Йонас предполагает, что начало с сильно связанной сети может позволить нейронам быстро соединяться, что особенно важно в гиппокампе. Эта область должна объединять различные типы информации, включая зрительные образы, звуки и запахи, в целостные воспоминания.

«Это сложная задача для нейронов», — объясняет Йонас. «Первоначальная избыточная связность, за которой следует избирательная обрезка, может быть именно тем, что обеспечивает эту интеграцию».

Если бы мозг начинался как истинная tabula rasa, без встроенных связей, нейронам сначала пришлось бы находить и соединяться друг с другом. Этот процесс мог бы замедлить коммуникацию и снизить эффективность, что затруднило бы эффективное формирование воспоминаний.

В целом, результаты показывают, что мозг начинается не как «чистый лист», а как богато связанная сеть, которая со временем становится более точной, отсекая ненужные связи.

Источники:

Материалы предоставлены Институтом науки и технологий Австрии.

Victor Vargas-Barroso, Jake F. Watson, Andrea Navas-Olive, Alois Schlögl, Peter Jonas. Developmental emergence of sparse and structured synaptic connectivity in the hippocampal CA3 memory circuit. Nature Communications, 2026; DOI: 10.1038/s41467-026-71914-x