Η ικανότητα να θυμάστε και να αποθηκεύετε αναμνήσεις για λίγες ημέρες ή μια ζωή είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό
Κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ο εγκέφαλος αποθηκεύει πληροφορίες καιρυθμίζει ποιες αναμνήσεις θα παραμείνουν για μεγάλο χρονικό διάστημα και ποιες θα εξαφανιστούν, θα βοηθήσει στην ανάπτυξη μεθόδων για την ενίσχυση της μνήμης σε άτομα που κινδυνεύουν να αναπτύξουν διαταραχές που σχετίζονται με την ηλικία και στην αποκατάσταση της φυσιολογικής εγκεφαλικής λειτουργίας μετά από τραυματισμό.
Πώς λειτουργεί η μνήμη;
Δημιουργούνται και αποθηκεύονται διάφοροι τύποι μνήμηςδιαφορετικά και σε διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου. Οι νευροεπιστήμονες δεν κατανοούν ακόμη πλήρως τις περιπλοκές όλων των διαδικασιών, συνεχίζουν να βελτιώνουν τις λεπτομέρειες και να ανακαλύπτουν νέες λειτουργίες του εγκεφάλου. Ωστόσο, είναι γνωστό ότι οι αυτοβιογραφικές αναμνήσεις - αναμνήσεις γεγονότων που βιώθηκαν προσωπικά - αρχίζουν να διαμορφώνονται σε ένα μέρος του εγκεφάλου που ονομάζεται ιππόκαμπος τις ώρες και τις ημέρες μετά το συμβάν.
Οι νευρώνες είναι τα κύτταρα του νευρικού συστήματος που επικοινωνούν μεταξύ τους.άλλος μέσω συνάψεων. Πρόκειται για περιοχές όπου δύο κύτταρα συνδέονται και ανταλλάσσουν «πληροφορίες» μέσω ενός μικροσκοπικού κενού χρησιμοποιώντας χημικά μηνύματα (νευροδιαβιβαστές). Κάθε νευρώνας μπορεί να συνδεθεί μέσω συνάψεων με χιλιάδες άλλους.
Αλληλεπίδραση νευρώνων κάτω από μικροσκόπιο. Βίντεο: UC Berkeley
Μία από τις βασικές ιδιότητες των νευρώνων είναι η συναπτικήπλαστική ύλη. Αυτό είναι το όνομα που δίνεται στην ικανότητα των συνάψεων να ενισχύονται ή να εξασθενούν με την πάροδο του χρόνου ως απάντηση σε μια αύξηση ή μείωση της δραστηριότητας αλληλεπίδρασης. Πιστεύεται ότι οι μακροπρόθεσμες αλλαγές στην αποτελεσματικότητα των συνάψεων, ανάλογα με τη συχνότητα «χρήσης», είναι σημαντικές για τη μάθηση, το σχηματισμό μνήμης και την ανάπτυξη των νευρώνων.
Οι νευρώνες παράγουν συνεχώς νέες πρωτεΐνες γιααναδιαμόρφωση τμημάτων της σύναψης, όπως οι υποδοχείς για ορισμένους νευροδιαβιβαστές. Αυτό επιτρέπει στα νευρικά κύτταρα να ενισχύουν επιλεκτικά τις συνδέσεις τους μεταξύ τους. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα δίκτυο που κωδικοποιεί τη μνήμη. Όσο πιο συχνά «ενεργοποιείται» μια μνήμη, τόσο ισχυρότερο γίνεται το νευρωνικό της δίκτυο. Τέτοιες δομές ξεπερνούν τον ιππόκαμπο και σχηματίζουν μακροπρόθεσμη μνήμη σε διάφορα μέρη του εγκεφάλου.
Μπορείτε να δείτε αναμνήσεις;
Στα τέλη του 19ου αιώνα, οι επιστήμονες δημιούργησαν το πρώτοΤα μικροσκόπια είναι αρκετά ισχυρά ώστε να αναγνωρίζουν μεμονωμένους νευρώνες. Στα μέσα του επόμενου αιώνα, τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια έδειξαν συναπτικές δομές πλάτους μόνο μερικές δεκάδες νανόμετρα και αργότερα, χρησιμοποιώντας μικροσκόπια δύο φωτονίων, οι ερευνητές παρατήρησαν πώς σχηματίζονται συναπτικές συνδέσεις σε πραγματικό χρόνο κατά τη διάρκεια της μαθησιακής διαδικασίας.
Ένα από τα μοντέλα που χρησιμοποιούν οι νευροεπιστήμονεςγια την εργασία με τη μνήμη είναι ένα εγγράμμα. Αυτό είναι το όνομα που δίνεται στο φυσικό ίχνος (νευρικό δίκτυο) μιας συγκεκριμένης μνήμης στον εγκέφαλο. Τα κύτταρα Engram είναι πληθυσμοί νευρώνων των οποίων η επανενεργοποίηση οδηγεί σε ανάκτηση μεμονωμένης μνήμης.
Πολυάριθμες έρευνες στον τομέα της γενετικήςκατέστησε δυνατή την οπτικοποίηση τέτοιων εγγραμμάτων. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει ιούς για να εγχύσουν μια πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη που βρίσκεται στις μέδουσες στον εγκέφαλο ποντικών, προκαλώντας τους νευρώνες να λάμπουν καθώς μαθαίνουν. Και με την εισαγωγή της φωτοευαίσθητης πρωτεΐνης των φυκών, της καναλροδοψίνης (ChR2), είναι δυνατό να ενεργοποιηθούν τεχνητά ορισμένοι νευρώνες, να «απενεργοποιηθούν» ή να «εκκινηθούν» ορισμένα εγγράμματα.
Για παράδειγμα, ερευνητές από το MIT εντόπισανένα έγγραμμα που σχηματίστηκε στον εγκέφαλο ποντικών κατά τη διαδικασία εκμάθησης του φόβου. Η επαναλαμβανόμενη τεχνητή ενεργοποίηση αυτού του δικτύου νευρώνων με χρήση μπλε φωτός προκάλεσε τα ζώα να «παγώσουν», μια χαρακτηριστική αντίδραση στον κίνδυνο.
Μια άλλη μέθοδος οπτικοποίησης αναμνήσεων είναιλειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI). Αυτή η τεχνολογία βασίζεται στη σύνδεση της νευρωνικής δραστηριότητας με αλλαγές στη ροή του αίματος στον εγκέφαλο. Παρατηρώντας πώς αλλάζει η αιμοδυναμική (κίνηση του αίματος), οι ερευνητές προσδιορίζουν ποιες περιοχές του εγκεφάλου είναι ενεργές τη μια ή την άλλη στιγμή.
Με αυτήν την τεχνολογία, για παράδειγμα,Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Όρεγκον εκπαίδευσαν την τεχνητή νοημοσύνη να αναγνωρίζει και να αναδομεί εικόνες προσώπου που εμφανίζονται στην ανθρώπινη μνήμη. Κατά τη διάρκεια της εκπαιδευτικής διαδικασίας, έδειξαν στους συμμετέχοντες φωτογραφίες από πρόσωπα διαφορετικών ανθρώπων και ένας υπολογιστής επεξεργάστηκε τα δεδομένα fMRI και δημιούργησε μοτίβα εγκεφαλικής δραστηριότητας χαρακτηριστικά κάθε φωτογραφίας.
Μετά από αυτό, όταν στους συμμετέχοντες εμφανίστηκε ένα νέοάγνωστη φωτογραφία AI, με βάση τη δραστηριότητα του εγκεφάλου, ο υπολογιστής προσπάθησε να ανακατασκευάσει το πρόσωπο στην εικόνα. Αν και απείχε πολύ από το να είναι εντελώς παρόμοιο με την τελική εικόνα, το τεχνητό νευρωνικό δίκτυο εντόπισε και αναδημιουργούσε με ακρίβεια ορισμένα χαρακτηριστικά, και επίσης αντανακλούσε την υποκειμενική αντίληψη ορισμένων χαρακτηριστικών από ένα άτομο, για παράδειγμα, το χρώμα του δέρματος.
Πειραματικό σχήμα: εκπαίδευση (πάνω) και ανακατασκευή άγνωστης εικόνας (κάτω). Εικονογράφηση: Hongmi Lee, Brice A. Kuhl, Journal of Neuroscience
Μπορούν να χειραγωγηθούν οι αναμνήσεις;
Ένας από τους τρόπους σχηματισμού «ψευδήςαναμνήσεις» σε ποντίκια επιδείχθηκε σχεδόν πριν από μια δεκαετία από ερευνητές του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης. Η προσέγγιση που προτείνουν οι επιστήμονες βασίζεται στον εντοπισμό εγγραμμάτων που σχετίζονται με ορισμένα γεγονότα και στην ενεργοποίησή τους χρησιμοποιώντας οπτογενετική (έλεγχος νευρώνων με τη βοήθεια του φωτός).
Σχέδιο του πειράματος για τη δημιουργία ψευδούςαναμνήσεις. Οι επιστήμονες διάβασαν το μοτίβο που αντιστοιχεί στο περιβάλλον Α. Μετακίνησαν τα ζώα στο περιβάλλον Β, άνοιξαν το ρεύμα και παράλληλα με τη βοήθεια φωτός ενεργοποίησαν τους νευρώνες του εγγράμματος που αντιστοιχούσαν στο περιβάλλον Α. Όταν τοποθετήθηκαν ξανά στο πλαίσιο Α , έδειξαν ψεύτικη ανάμνηση φόβου για τον Α (το πάγωμα υποδεικνύεται με κυματιστές γραμμές ), όπου δεν έπαθαν ποτέ ηλεκτροπληξία. Ταυτόχρονα, δεν υπήρξαν αλλαγές στη συμπεριφορά σε ουδέτερο περιβάλλον Γ. Εικόνα: Steve Ramirez et al., Frontiers in Behavioral Neuroscience
Οι επιστήμονες έχουν τροποποιήσει γενετικά ποντίκια για ναπροκειμένου να εισαχθεί το γονίδιο που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη καναλροδοψίνη (ChR2) στους νευρώνες. Είναι μια φωτοευαίσθητη πρωτεΐνη που χρησιμεύει ως φωτοϋποδοχέας στα μονοκύτταρα πράσινα φύκια. Το γονίδιο έχει τροποποιηθεί για να πυροδοτήσει την έκφραση μιας φθορίζουσας πρωτεΐνης όταν ενεργοποιείται ο νευρώνας. Αυτή η τροποποίηση επέτρεψε στους επιστήμονες να παρακολουθούν ποιοι νευρώνες είναι ενεργοί (φθορίζουν) κατά τη διάρκεια της μαθησιακής διαδικασίας, καθώς και να τους επανενεργοποιήσουν χρησιμοποιώντας το φως.
Κατά τη διάρκεια του πειράματος, οι επιστήμονες τοποθέτησανεργαστηριακά ποντίκια μπήκαν στο πρώτο «δωμάτιο» και διάβασαν το έγγραμμα (νευρωνικό δίκτυο) που αντιστοιχούσε στις αναμνήσεις αυτού του περιβάλλοντος. Μετά από αυτό, τα ζώα μεταφέρθηκαν στο δεύτερο περιβάλλον, ενεργοποιήθηκαν οι νευρώνες που σχετίζονται με το πρώτο «δωμάτιο» και έπαθαν σοκ.
Περαιτέρω ανάλυση έδειξε ότι στα ζώασχηματίστηκε μια ψεύτικη μνήμη που σχετίζεται με τον φόβο της αρχικής περιοχής (το πρώτο «δωμάτιο»). Αν και τα ποντίκια δεν έπαθαν ποτέ σοκ εκεί, όταν τοποθετήθηκαν σε αυτό το περιβάλλον πάγωσαν από φόβο.
Φυσιολογική συμπεριφορά ενός «εκπαιδευμένου» ποντικιού πριν από την ενεργοποίηση του φωτός και φόβος μετά την ενεργοποίηση ενός εγγράμματος που σχετίζεται με προηγούμενο φόβο. Βίντεο: Liu, X. et al., Nature
Αν και αυτό το έργο είναι μόνοένα πρωτόγονο πείραμα, και ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι πολύ πιο περίπλοκος από ένα ποντίκι, η μελέτη δείχνει πόσο εύκολα αλλάζουν οι μνήμες υπό την επίδραση εξωτερικών επιρροών. Πολυάριθμες μελέτες για το σχηματισμό ψευδών αναμνήσεων στους ανθρώπους στην καθημερινή ζωή επιβεβαιώνουν αυτή την πλαστικότητα.
Διαβάστε περισσότερα:
Το ξίφος που πιστεύεται ότι είναι ψεύτικο αποδεικνύεται ότι είναι ένα τεχνούργημα 3.000 ετών της Εποχής του Χαλκού
Νέα αποσπάσματα από το Βιβλίο των Νεκρών βρέθηκαν στην Αίγυπτο
Ένα μυστηριώδες αποτύπωμα στο υπόγειο εξέπληξε τους επιστήμονες. Είναι πάνω από 1000 ετών