1971 год, Лондон, University College. Джон О'Киф сидит у осциллографа. На крысе — вживлённый тонкий электрод, кончик которого касается нескольких клеток гиппокампа. Крыса свободно ходит по открытому ящику — никакого обучения, никакого вознаграждения, просто исследует пространство.

Вдруг с осциллографа — всплеск. Одна клетка начинает стрелять очередями импульсов. О'Киф смотрит на крысу: она стоит в левом углу ящика. Крыса уходит — клетка замолкает. Возвращается в тот же угол — клетка снова стреляет. В другом углу — тишина. Только здесь, в этом конкретном месте.

О'Киф понял: он только что записал нейрон, который кодирует место.

Сегодня мы разберём историю пространственной памяти: как она стала самостоятельным исследовательским направлением, почему она непосредственно связана с тем, что мы называем эпизодической памятью, и почему студенты-ораторы Древнего Рима, сами не зная того, использовали что-то очень близкое к тому, что О'Киф открыл с электродом в 1971-м.

Часть 1. До 1971 года: что думали о роли гиппокампа

К 1971 году нейробиологи знали об одном: если удалить гиппокамп у человека, он теряет способность формировать новые декларативные воспоминания. Это показала Бренда Милнер, работая с пациентом H.M. с 1957 года — мы разбирали это в Главе 2. Гиппокамп явно был нужен для формирования новых эпизодических воспоминаний. Но как именно он это делал — никто не понимал.

Господствующая идея была достаточно расплывчатой: гиппокамп — это что-то вроде «консолидатора». Он берёт входящую информацию из разных частей коры, обрабатывает её и передаёт обратно в кору на долговременное хранение. Это описание было функциональным, но почти ничего не говорило о механизме — о том, что именно кодируют клетки гиппокампа в момент переживания события.

В этот вакуум и вошёл Джон О'Киф.

Часть 2. О'Киф 1971: три страницы, которые изменили нейробиологию

Джон О'Киф родился в 1939 году в Нью-Йорке, вырос в ирландской иммигрантской семье в Бронксе. В 1967 году, уже получив PhD по физиологической психологии в Макгилльском университете (Монреаль), он переехал в Лондон — в University College London, где проработал всю оставшуюся карьеру. Его интересовало: как мозг строит внутренние представления о внешнем мире?

Метод был стандартным для того времени — единичные нейронные записи у бодрствующего, свободно двигающегося животного. Технически непростое дело для 1971 года: нужно было вживить тонкие электроды в мозг крысы так, чтобы она могла нормально двигаться, и записывать активность в течение сеанса. О'Киф делал это вместе с Джонатаном Достровски.

То, что они увидели, было странным. Большинство нейронов гиппокампа как будто реагировали хаотично — без явной логики. Но некоторые клетки вели себя иначе: они активировались только в определённых участках пространства, в которых находилась крыса. Не на определённый стимул, не на поворот головы в определённую сторону — именно когда животное занимало конкретное место в комнате [1].

О'Киф и Достровски назвали эти клетки place cells — клетки места. Статья вышла в журнале Brain Research в 1971 году и занимала три страницы [1]. Заголовок был подчёркнуто осторожным: «The hippocampus as a spatial map: Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat». Слово «preliminary» — предварительное свидетельство — в заголовке научной статьи говорит само за себя.

Часть 3. Монография 1978 года и скептический приём

В 1978 году О'Киф вместе с лингвистом Линном Наделом издал монографию «The Hippocampus as a Cognitive Map» в Oxford University Press [2]. Это была не короткая заметка — 570 страниц плотного теоретического текста. Тезис: гиппокамп — это не «консолидатор» и не «клей для воспоминаний». Это орган, строящий пространственную карту мира. Place cells — её строительные кирпичики. Эпизодические воспоминания нанизываются на эту карту как события, произошедшие в конкретных точках пространства.

Академическое сообщество приняло книгу осторожно. Нейробиологи 1970-х ещё не отошли от идеи «гиппокамп как частная тюрьма запахов» (доминировала обонятельная теория) и от конкурирующей теории Гэри Линча, который изучал LTP — долговременное потенцирование — именно в гиппокампе. О'Киф и Надел предлагали слишком радикальное переосмысление функции структуры.

К середине 1980-х данные стали неоспоримыми. Place cells записывали в десятках лабораторий мира, в разных условиях, у разных животных. Скептицизм сошёл на нет. Но тем временем О'Киф уже занимался следующим вопросом: хорошо, place cells строят карту — но откуда они берут координаты? Что им говорит, где именно в пространстве находится животное?

Часть 4. Мозеры в Тронхейме: клетки решётки, 2005

Май-Бритт Мозер родилась в 1963 году в небольшом норвежском городке Фостра, на западном побережье. Эдвард Мозер — в 1962 году в Олесунне, в том же регионе. Они познакомились в студенческие годы в Осло, поженились в 1985-м и работали вместе на протяжении более тридцати лет — вплоть до развода в 2016-м, уже после Нобелевской премии.

В 1996 году пара провела несколько месяцев в лаборатории О'Кифа в Лондоне — изучали методы записи у бодрствующих животных. Потом вернулись в Норвегию, в Трондхейм, где в 2002 году основали Кавли-институт системной нейронауки при NTNU. Их интересовало то же самое, что не давало покоя О'Кифу: что стоит за place cells? Какая структура задаёт им систему координат?

Вместо гиппокампа они обратились к энторинальной коре — структуре, которая является главным «входным воротами» гиппокампа. Именно через медиальную энторинальную кору большинство информации о внешнем мире попадает в гиппокамп.

В 2005 году группа — Хафтинг, Фюн, Мольден, Май-Бритт и Эдвард Мозер — опубликовала в Nature статью, которая перевернула представления о пространственной навигации [3]. Они нашли клетки, которые активировались не в одном месте пространства — а во многих местах одновременно. И эти места образовывали правильную гексагональную решётку, покрывающую всё доступное пространство равномерно, как соты.

Это было поразительно. Place cells в гиппокампе давали одно поле активации — одно «место». Grid cells в энторинальной коре давали множество полей активации, регулярно распределённых по пространству. Мозеры предположили: grid cells — это система координат мозга. Они задают метрику пространства, а place cells используют эту метрику для привязки воспоминаний к конкретным точкам. Энторинальная кора — это навигационный чип; гиппокамп — карта событий [3].

Часть 5. Нобелевская премия 2014 года

6 октября 2014 года Нобелевский комитет присудил премию по физиологии и медицине трём учёным: Джону О'Кифу (половина премии) и Май-Бритт и Эдварду Мозерам (по четверти каждому) [4]. Формулировка: «за открытие клеток, составляющих систему позиционирования в мозге».

Для О'Кифа это была премия за 43-летнюю карьеру — от трёхстраничной заметки 1971 года до целого направления когнитивной нейронауки. Для Мозеров — за девять лет, прошедших с публикации 2005 года. Редкий случай, когда Нобелевский комитет не стал ждать десятилетий дополнительного подтверждения: открытие grid cells было настолько ясным и немедленно воспроизведённым, что Стокгольм не медлил [4].

Часть 6. Пространственный каркас эпизодической памяти — и почему «дворец памяти» работает

В Главе 6 мы видели: Лофтус показала, что эпизодическая память пластична и уязвима для постсобытийных вмешательств. Но при всей этой пластичности — пространственная составляющая воспоминаний оказывается на удивление стабильной. Мы почти всегда помним, где произошло событие, даже если детали давно стёрлись или переписались.

Это не случайность. Тульвинг (Глава 3) определял эпизодическую память как «путешествие во времени», привязанное к конкретному месту и времени. Теперь мы знаем, что эта пространственная привязка — не метафора, а буквальный физиологический факт: события кодируются в гиппокампе через систему place cells, которым энторинальная кора поставляет координаты через grid cells [3].

Практическое следствие из этого было известно задолго до того, как нейробиологи нашли клеточный механизм. Греческий поэт Симонид Кеосский, живший в VI–V веке до нашей эры, после обрушения кровли на пиру смог опознать погибших, вспомнив, где каждый сидел. Из этого наблюдения выросла техника, которую Цицерон описал в «Риторике»: метод локусов, или «дворец памяти». Чтобы запомнить длинный список или структурированную речь, нужно мысленно «расположить» элементы в знакомом пространстве — по комнатам воображаемого здания — а потом «пройтись» по нему, собирая их в нужном порядке.

Чемпионы мира по мнемотехнике — люди, запоминающие колоду карт за 20 секунд или несколько тысяч десятичных знаков числа π — почти все используют разновидности метода локусов. Нейровизуализационные исследования показывают: у них гиппокамп и энторинальная кора активируются именно так, как должны при пространственной навигации, а не просто при «думании» [4].

Итоги главы