Schopnost pamatovat si a uchovávat vzpomínky na několik dní nebo na celý život je důležitou funkcí
Pochopení toho, jak mozek ukládá informace areguluje, které vzpomínky zůstanou na dlouhou dobu a které zmizí, pomůže vyvinout metody pro posílení paměti u těch, u kterých hrozí vznik poruch souvisejících s věkem, a obnovit normální funkci mozku po úrazu.
Jak funguje paměť?
Jsou vytvářeny a ukládány různé typy pamětirůzně a v různých oblastech mozku. Neurologové ještě plně nerozumí spletitosti všech procesů, pokračují ve zdokonalování detailů a objevování nových mozkových funkcí. Je však známo, že autobiografické vzpomínky – vzpomínky na osobně prožité události – se začínají formovat v části mozku zvané hippocampus v hodinách a dnech následujících po události.
Neurony jsou buňky nervového systému, které spolu komunikují.další prostřednictvím synapsí. Jedná se o oblasti, kde se dvě buňky spojují a vyměňují si „informace“ prostřednictvím malé mezery pomocí chemických zpráv (neurotransmiterů). Každý neuron může být připojen přes synapse k tisícům dalších.
Interakce neuronů pod mikroskopem. Video: UC Berkeley
Jednou z klíčových vlastností neuronů je synaptickáplastický. Toto je název pro schopnost synapsí posilovat nebo oslabovat v průběhu času v reakci na zvýšení nebo snížení interakční aktivity. Má se za to, že dlouhodobé změny účinnosti synapsí v závislosti na frekvenci „používání“ jsou důležité pro učení, tvorbu paměti a vývoj neuronů.
Neurony neustále produkují nové proteiny proremodelaci částí synapse, jako jsou receptory pro určité neurotransmitery. To umožňuje nervovým buňkám selektivně posilovat vzájemné spojení. V důsledku toho se vytvoří síť, která kóduje paměť. Čím častěji je paměť „aktivována“, tím silnější je její neuronová síť. Takové struktury přesahují hippocampus a tvoří dlouhodobou paměť v různých částech mozku.
Vidíš vzpomínky?
Na konci 19. století vědci vytvořili prvnímikroskopy jsou dostatečně výkonné k identifikaci jednotlivých neuronů. V polovině příštího století elektronové mikroskopy ukázaly synaptické struktury široké jen několik desítek nanometrů a později pomocí dvoufotonových mikroskopů výzkumníci pozorovali, jak se synaptická spojení tvoří v reálném čase během procesu učení.
Jeden z modelů, který používají neurovědcipro práci s pamětí je to engram. Toto je název fyzické stopy (neuronové sítě) určité paměti v mozku. Engramové buňky jsou populace neuronů, jejichž reaktivace vede k individuálnímu načtení paměti.
Četné výzkumy v oblasti genetikyumožnila vizualizovat takové engramy. Vědci například použili viry k injekci zeleného fluorescenčního proteinu, který se nachází v medúzách, do mozku myší, což způsobuje, že neurony při učení září. A zavedením světlocitlivého proteinu řas, canalrhodopsinu (ChR2), je možné uměle aktivovat určité neurony, „vypnout“ nebo „nastartovat“ určité engramy.
Například vědci z MIT identifikovaliengram, který se vytvořil v mozku myší během procesu učení strachu. Opakovaná umělá aktivace této sítě neuronů pomocí modrého světla způsobila, že zvířata „zamrzla“, což je charakteristická reakce na nebezpečí.
Další metodou vizualizace vzpomínek jefunkční magnetická rezonance (fMRI). Tato technologie je založena na propojení neuronální aktivity se změnami průtoku krve v mozku. Pozorováním toho, jak se mění hemodynamika (pohyb krve), vědci určují, které oblasti mozku jsou v té či oné době aktivní.
S touto technologií např.Vědci z University of Oregon vycvičili umělou inteligenci, aby rozpoznávala a rekonstruovala obrazy obličeje, které se objevují v lidské paměti. Během tréninkového procesu byly účastníkům ukazovány fotografie tváří různých lidí a počítač zpracovával data fMRI a generoval vzorce mozkové aktivity charakteristické pro každou fotografii.
Poté, když byla účastníkům ukázána nováneznámá fotografie AI, na základě mozkové aktivity se počítač pokusil rekonstruovat obličej na obrázku. Ačkoli to zdaleka nebylo úplně podobné hotovému obrázku, umělá neuronová síť přesně identifikovala a znovu vytvořila některé rysy a také odrážela subjektivní vnímání určitých rysů člověkem, například barvu pleti.
Schéma experimentu: trénování (nahoře) a rekonstrukce neznámého obrázku (dole). Ilustrace: Hongmi Lee, Brice A. Kuhl, Journal of Neuroscience
Lze vzpomínkami manipulovat?
Jedním ze způsobů, jak vytvořit „falešnépaměti“ u myší prokázali téměř před deseti lety vědci z Massachusettského technologického institutu. Přístup navržený vědci je založen na identifikaci engramů spojených s určitými událostmi a jejich aktivaci pomocí optogenetiky (ovládání neuronů pomocí světla).
Schéma experimentu pro vytvoření falsevzpomínky. Vědci přečetli vzor odpovídající prostředí A. Zvířata přesunuli do prostředí B, zapnuli proud a paralelně s pomocí světla aktivovali neurony engramu odpovídající prostředí A. Když je opět umístili do kontextu A , vykazovali falešnou vzpomínku na strach o A (zamrznutí je naznačeno vlnovkami ), kde nebyli nikdy zasaženi elektrickým proudem. V neutrálním prostředí C zároveň nedošlo k žádným změnám v chování. Obrázek: Steve Ramirez et al., Frontiers in Behavioral Neuroscience
Vědci geneticky modifikovali myšiza účelem zavedení genu kódujícího protein canalrhodopsin (ChR2) do neuronů. Jde o světlocitlivý protein, který slouží jako fotoreceptor v jednobuněčných zelených řasách. Gen byl upraven tak, aby při aktivaci neuronu spustil expresi fluorescenčního proteinu. Tato úprava umožnila vědcům sledovat, které neurony jsou aktivní (fluoreskují) během procesu učení, a také je reaktivovat pomocí světla.
Během experimentu vědci umístililaboratorní myši do první „místnosti“ a přečetly engram (neuronovou síť), který odpovídal vzpomínkám na toto prostředí. Poté byla zvířata přemístěna do druhého prostředí, byly aktivovány neurony spojené s první „místností“ a byla šokována.
Další analýza ukázala, že u zvířatvytvořila se falešná vzpomínka spojená se strachem z původní oblasti (první „místnosti“). Přestože tam myši nebyly nikdy šokovány, při umístění do tohoto prostředí ztuhly strachem.
Normální chování „cvičené“ myši před aktivací světla a strach po aktivaci engramu spojeného s minulým strachem. Video: Liu, X. a kol., Nature
I když tato práce je pouzeprimitivní experiment a lidský mozek je mnohem složitější než u myši, studie ukazuje, jak snadno se mění vzpomínky pod vlivem vnějších vlivů. Četné studie o vytváření falešných vzpomínek u lidí v každodenním životě tuto plasticitu potvrzují.
Přečtěte si více:
Ukázalo se, že meč považovaný za falešný je 3000 let starý artefakt z doby bronzové
Nové pasáže z Knihy mrtvých nalezené v Egyptě
Tajemný otisk v podzemí vědce překvapil. Je starý přes 1000 let