Способността да се запомнят и съхраняват спомени за няколко дни или цял живот е важна характеристика
Разбиране как мозъкът съхранява информация ирегулира кои спомени ще останат за дълго време и кои ще изчезнат, ще помогне за разработването на методи за укрепване на паметта при тези, които са изложени на риск от развитие на свързани с възрастта разстройства, и ще възстанови нормалната мозъчна функция след нараняване.
Как работи паметта?
Създават се и се съхраняват различни видове паметразлично и в различни области на мозъка. Невролозите все още не разбират напълно тънкостите на всички процеси, те продължават да усъвършенстват детайлите и да откриват нови мозъчни функции. Известно е обаче, че автобиографичните спомени - спомени за събития, преживени лично - започват да се оформят в част от мозъка, наречена хипокампус, в часовете и дните след събитието.
Невроните са клетките на нервната система, които комуникират помежду си.друг чрез синапси. Това са области, където две клетки се свързват и обменят „информация“ през малка пролука, използвайки химически съобщения (невротрансмитери). Всеки неврон може да бъде свързан чрез синапси с хиляди други.
Взаимодействие на неврони под микроскоп. Видео: UC Berkeley
Едно от ключовите свойства на невроните е синаптичнитепластмаса. Това е името, дадено на способността на синапсите да укрепват или отслабват с течение на времето в отговор на увеличаване или намаляване на активността на взаимодействие. Смята се, че дългосрочните промени в ефективността на синапсите, в зависимост от честотата на "използване", са важни за ученето, формирането на паметта и развитието на невроните.
Невроните непрекъснато произвеждат нови протеини заремоделиране на части от синапса, като рецептори за определени невротрансмитери. Това позволява на нервните клетки избирателно да укрепват връзките си помежду си. В резултат на това се образува мрежа, която кодира паметта. Колкото по-често една памет се „активира“, толкова по-силна става нейната невронна мрежа. Такива структури надхвърлят хипокампуса и формират дълготрайна памет в различни части на мозъка.
Виждаш ли спомени?
В края на 19 век учените създават първиямикроскопите са достатъчно мощни, за да идентифицират отделни неврони. До средата на следващия век електронните микроскопи показаха синаптични структури с ширина само няколко десетки нанометра, а по-късно, използвайки двуфотонни микроскопи, изследователите наблюдаваха как се формират синаптичните връзки в реално време по време на учебния процес.
Един от моделите, които невролозите използватза работа с памет е енграма. Това е името, дадено на физическата следа (невронна мрежа) на определена памет в мозъка. Енграмните клетки са популации от неврони, чието повторно активиране води до индивидуално възстановяване на паметта.
Многобройни изследвания в областта на генетикатанаправи възможно визуализирането на такива енграми. Например, учените са използвали вируси, за да инжектират зелен флуоресцентен протеин, открит в медузите, в мозъците на мишки, карайки невроните да светят, докато се учат. И чрез въвеждане на светлочувствителния протеин от водорасли, каналродопсин (ChR2), е възможно изкуствено да активирате определени неврони, да „изключите“ или „стартирате“ определени енграми.
Например изследователи от MIT идентифицирахаенграма, която се формира в мозъка на мишка по време на процеса на научаване на страха. Повтарящото се изкуствено активиране на тази мрежа от неврони с помощта на синя светлина кара животните да „замръзват“, характерна реакция при опасност.
Друг метод за визуализиране на спомени ефункционален магнитен резонанс (fMRI). Тази технология се основава на връзката на невронната активност с промените в кръвния поток в мозъка. Като наблюдават как се променя хемодинамиката (движението на кръвта), изследователите определят кои области на мозъка са активни в даден момент.
С тази технология напр.Изследователи от Университета на Орегон обучиха AI да разпознава и реконструира изображения на лица, които изскачат в човешката памет. По време на процеса на обучение на участниците бяха показани снимки на лица на различни хора, а компютърът обработи данните от fMRI и генерира модели на мозъчна активност, характерни за всяка снимка.
След това, когато на участниците беше показан новнеизвестна AI снимка, въз основа на мозъчната активност, компютърът се опита да възстанови лицето на снимката. Въпреки че далеч не беше напълно подобно на готовото изображение, изкуствената невронна мрежа точно идентифицира и пресъздаде някои характеристики, а също така отрази субективното възприемане на определени характеристики от човек, например цвета на кожата.
Схема на експеримента: обучение (отгоре) и реконструкция на неизвестно изображение (отдолу). Илюстрация: Hongmi Lee, Brice A. Kuhl, Journal of Neuroscience
Могат ли спомените да бъдат манипулирани?
Един от начините за формиране на „фалшивиспомени” при мишки беше демонстрирано преди почти десетилетие от изследователи от Масачузетския технологичен институт. Подходът, предложен от учените, се основава на идентифициране на енграми, свързани с определени събития, и тяхното активиране с помощта на оптогенетика (контролиране на неврони с помощта на светлина).
Схема на експеримента за създаване на фалшивиспомени. Учените разчитат шаблона, съответстващ на среда A. Те преместват животните в среда B, пускат ток и паралелно с помощта на светлина активират невроните на енграмата, съответстваща на среда A. Когато отново са поставени в контекст A , те показаха фалшив спомен за страх за А (замръзването е обозначено с вълнообразни линии), където никога не са били убивани с електрически ток. В същото време няма промени в поведението в неутрална среда C. Изображение: Steve Ramirez et al., Frontiers in Behavioral Neuroscience
Учените са модифицирали генетично мишки, за даза да се въведе генът, кодиращ протеиновия каналродопсин (ChR2) в невроните. Това е светлочувствителен протеин, който служи като фоторецептор в едноклетъчните зелени водорасли. Генът е модифициран, за да задейства експресията на флуоресцентен протеин, когато невронът се активира. Тази модификация позволи на учените да следят кои неврони са активни (флуоресцират) по време на процеса на обучение, както и да ги активират отново с помощта на светлина.
По време на експеримента учените поставихалабораторни мишки в първата „стая“ и прочете енграмата (невронна мрежа), която съответства на спомените от тази среда. След това животните бяха преместени във втората среда, невроните, свързани с първата „стая“, бяха активирани и те бяха шокирани.
Допълнителен анализ показа, че при животниформира се фалшив спомен, свързан със страха от оригиналната зона (първата „стая“). Въпреки че мишките никога не са били шокирани там, когато са поставени в тази среда, те са замръзнали от страх.
Нормално поведение на „обучена“ мишка преди светлинно активиране и страх след активиране на енграма, свързана с минал страх. Видео: Liu, X. et al., Nature
Въпреки че тази работа е самопримитивен експеримент и човешкият мозък е много по-сложен от мишия, изследването показва колко лесно се променят спомените под въздействието на външни влияния. Многобройни изследвания на формирането на фалшиви спомени у хората в ежедневието потвърждават тази пластичност.
Прочетете още:
Мечът, смятан за фалшив, се оказва артефакт на 3000 години от бронзовата епоха
Нови пасажи от Книгата на мъртвите, открити в Египет
Мистериозен отпечатък под земята изненада учените. Той е на повече от 1000 години