Kyky muistaa ja säilyttää muistoja muutaman päivän tai koko elämän ajan on tärkeä toiminto
Ymmärtää kuinka aivot tallentavat tietoa jasäätelee, mitkä muistot säilyvät pitkään ja mitkä katoavat, auttaa kehittämään menetelmiä muistin vahvistamiseen niillä, joilla on riski saada ikääntymiseen liittyviä häiriöitä, ja palauttaa normaalin aivotoiminnan vamman jälkeen.
Miten muisti toimii?
Erilaisia muistityyppejä luodaan ja tallennetaaneri tavalla ja eri aivojen alueilla. Neurotieteilijät eivät vielä täysin ymmärrä kaikkien prosessien monimutkaisuutta, he jatkavat yksityiskohtien jalostusta ja uusien aivotoimintojen löytämistä. Tiedetään kuitenkin, että omaelämäkerralliset muistot – muistot henkilökohtaisesti koetuista tapahtumista – alkavat muotoutua aivojen osassa, jota kutsutaan hippokampukseksi tapahtumaa seuraavien tuntien ja päivien aikana.
Neuronit ovat hermoston soluja, jotka kommunikoivat keskenään.toinen synapsien kautta. Nämä ovat alueita, joilla kaksi solua yhdistyvät ja vaihtavat "tietoa" pienen aukon kautta käyttämällä kemiallisia viestejä (neurotransmitterit). Jokainen neuroni voidaan yhdistää synapsien kautta tuhansiin muihin.
Neuronien vuorovaikutus mikroskoopin alla. Video: UC Berkeley
Yksi hermosolujen tärkeimmistä ominaisuuksista on synaptinenmuovi. Tämä on nimi, joka annetaan synapsien kyvylle vahvistua tai heiketä ajan myötä vastauksena vuorovaikutusaktiivisuuden lisääntymiseen tai vähenemiseen. Uskotaan, että pitkäaikaiset muutokset synapsien tehokkuudessa, riippuen "käyttötiheydestä", ovat tärkeitä oppimisen, muistin muodostuksen ja hermosolujen kehityksen kannalta.
Neuronit tuottavat jatkuvasti uusia proteiinejasynapsin osien, kuten tiettyjen välittäjäaineiden reseptoreiden, uudelleenmuotoilu. Tämän ansiosta hermosolut voivat selektiivisesti vahvistaa yhteyksiään toisiinsa. Tämän seurauksena muodostuu verkko, joka koodaa muistin. Mitä useammin muisti "aktivoidaan", sitä vahvemmaksi sen hermoverkko tulee. Tällaiset rakenteet menevät hippokampuksen ulkopuolelle ja muodostavat pitkäaikaisen muistin aivojen eri osissa.
Näetkö muistoja?
1800-luvun lopulla tiedemiehet loivat ensimmäisenmikroskoopit ovat riittävän tehokkaita yksittäisten hermosolujen tunnistamiseen. Ensi vuosisadan puoliväliin mennessä elektronimikroskoopit osoittivat vain muutaman kymmenen nanometrin leveitä synaptisia rakenteita, ja myöhemmin kaksifotonimikroskoopeilla tutkijat havaitsivat, kuinka synaptisia yhteyksiä muodostuu reaaliajassa oppimisprosessin aikana.
Yksi neurotieteilijöiden käyttämistä malleistamuistin kanssa työskentelyä varten se on engrammi. Tämä on nimi, joka on annettu tietyn muistin fyysiselle jäljelle (hermoverkostolle) aivoissa. Engram-solut ovat neuronipopulaatioita, joiden uudelleenaktivoituminen johtaa yksilölliseen muistin hakuun.
Lukuisia tutkimuksia genetiikan alallamahdollisti tällaisten engrammien visualisoinnin. Esimerkiksi tutkijat ovat käyttäneet viruksia ruiskuttamalla meduusoissa olevaa vihreää fluoresoivaa proteiinia hiirten aivoihin, mikä saa neuronit hehkumaan niiden oppiessa. Ja ottamalla käyttöön levien valoherkkä proteiini, canalrhodopsin (ChR2), on mahdollista keinotekoisesti aktivoida tiettyjä hermosoluja, "sammuttaa" tai "käynnistää" tiettyjä engrammeja.
Esimerkiksi MIT:n tutkijat havaitsivatEngrammi, joka muodostui hiirten aivoihin pelon oppimisprosessin aikana. Tämän neuroniverkoston toistuva keinotekoinen aktivointi sinisellä valolla sai eläimet "jäätymään", mikä on tyypillinen reaktio vaaraan.
Toinen tapa visualisoida muistoja ontoiminnallinen magneettikuvaus (fMRI). Tämä tekniikka perustuu hermosolujen toiminnan yhteyteen aivojen verenvirtauksen muutoksiin. Havainnoimalla, miten hemodynamiikka (veren liike) muuttuu, tutkijat määrittävät, mitkä aivoalueet ovat aktiivisia kerralla tai toisella.
Tällä tekniikalla esim.Oregonin yliopiston tutkijat kouluttivat tekoälyä tunnistamaan ja rekonstruoimaan ihmisen muistiin ilmestyviä kasvokuvia. Koulutuksen aikana osallistujille näytettiin valokuvia eri ihmisten kasvoista, ja tietokone käsitteli fMRI-tietoja ja loi kullekin valokuvalle ominaisia aivotoimintamalleja.
Sen jälkeen, kun osallistujille näytettiin uusiTuntematon tekoälykuva, aivotoiminnan perusteella, tietokone yritti rekonstruoida kuvan kasvot. Vaikka keinotekoinen hermoverkko ei ollut läheskään täysin samanlainen kuin valmis kuva, se tunnisti ja loi uudelleen joitakin piirteitä tarkasti ja heijasti myös henkilön subjektiivista käsitystä tietyistä piirteistä, esimerkiksi ihonväristä.
Kokeilukaavio: koulutus (ylhäällä) ja tuntemattoman kuvan rekonstruointi (alhaalla). Kuvitus: Hongmi Lee, Brice A. Kuhl, Journal of Neuroscience
Voiko muistoja manipuloida?
Yksi tavoista muodostaa "falsemuistot" hiirillä osoittivat Massachusetts Institute of Technologyn tutkijat lähes kymmenen vuotta sitten. Tiedemiesten ehdottama lähestymistapa perustuu tiettyihin tapahtumiin liittyvien engrammien tunnistamiseen ja niiden aktivoimiseen optogenetiikan avulla (hermosolujen hallinta valon avulla).
Suunnitelma kokeilun luoda vääriämuistoja. Tiedemiehet lukivat ympäristöä A vastaavan kuvion. He siirsivät eläimet ympäristöön B, laittoivat virran päälle ja samanaikaisesti valon avulla aktivoivat ympäristöä A vastaavan engrammin neuronit. Kun ne asetettiin taas kontekstiin A , he osoittivat väärän muistin pelosta A:ta kohtaan (jäätymistä ilmaisevat aaltoviivat ), missä he eivät koskaan saaneet sähköiskua. Samaan aikaan käyttäytymisessä ei tapahtunut muutoksia neutraalissa ympäristössä C. Kuva: Steve Ramirez et al., Frontiers in Behavioral Neuroscience
Tiedemiehet ovat muuntaneet hiiriä geneettisestiKanalrodopsiiniproteiinia (ChR2) koodaavan geenin viemiseksi hermosoluihin. Se on valoherkkä proteiini, joka toimii fotoreseptorina yksisoluisissa viherlevissä. Geeniä on muunnettu laukaisemaan fluoresoivan proteiinin ilmentymisen, kun hermosolu aktivoituu. Tämä muutos antoi tutkijoille mahdollisuuden seurata, mitkä neuronit ovat aktiivisia (fluoresoivat) oppimisprosessin aikana, sekä aktivoida ne uudelleen valolla.
Kokeen aikana tutkijat asettivatlaboratoriohiiret ensimmäiseen "huoneeseen" ja lukea engrammin (hermoverkko), joka vastasi tämän ympäristön muistoja. Tämän jälkeen eläimet siirrettiin toiseen ympäristöön, ensimmäiseen "huoneeseen" liittyvät hermosolut aktivoitiin ja he järkyttyivät.
Lisäanalyysi osoitti, että eläimillämuodostui väärä muisto, joka liittyi alkuperäisen alueen (ensimmäisen "huoneen") pelkoon. Vaikka hiiret eivät koskaan olleet järkyttyneitä siellä, tähän ympäristöön laitettuna ne jäätyivät pelosta.
"Konetun" hiiren normaali käyttäytyminen ennen valon aktivoitumista ja pelko entiseen pelkoon liittyvän engrammin aktivoinnin jälkeen. Video: Liu, X. et ai., Nature
Vaikka tämä työ on vainprimitiivinen koe, ja ihmisen aivot ovat paljon monimutkaisempia kuin hiiren, tutkimus osoittaa, kuinka helposti muistot muuttuvat ulkoisten vaikutusten vaikutuksesta. Lukuisat tutkimukset väärien muistojen muodostumisesta ihmisissä jokapäiväisessä elämässä vahvistavat tämän plastisuuden.
Lue lisää:
Väärennökseksi pidetty miekka osoittautuu 3000 vuotta vanhaksi pronssikauden esineeksi
Egyptistä löydetty uusia kohtia Kuolleiden kirjasta
Salaperäinen maanalainen jälki yllätti tutkijat. Hän on yli 1000 vuotta vanha