היכולת לזכור ולאחסן זיכרונות לכמה ימים או לכל החיים היא פונקציה חשובה
הבנה כיצד המוח אוגר מידע ומסדיר אילו זיכרונות יישארו לאורך זמן, ואילו ייעלמו, יסייע בפיתוח שיטות לחיזוק הזיכרון אצל מי שנמצא בסיכון לפתח הפרעות הקשורות לגיל, ושיקום תפקוד מוחי תקין לאחר פציעה.
איך עובד הזיכרון?
סוגים שונים של זיכרון נוצרים ומאוחסניםאחרת ובאזורים שונים במוח. מדעני מוח עדיין לא מבינים עד הסוף את המורכבויות של כל התהליכים, הם ממשיכים לחדד את הפרטים ולגלות תפקודי מוח חדשים. עם זאת, ידוע שזיכרונות אוטוביוגרפיים - זיכרונות מאירועים שחוו באופן אישי - מתחילים להתגבש בחלק במוח הנקרא היפוקמפוס בשעות ובימים שלאחר האירוע.
נוירונים הם התאים של מערכת העצבים המתקשרים זה עם זה.אחר באמצעות סינפסות. אלו אזורים שבהם שני תאים מתחברים ומחליפים "מידע" דרך פער זעיר באמצעות מסרים כימיים (נוירוטרנסמיטורים). כל נוירון יכול להיות מחובר באמצעות סינפסות לאלפי אחרים.
אינטראקציה של נוירונים תחת מיקרוסקופ. וידאו: UC ברקלי
אחת מתכונות המפתח של נוירונים היא סינפטיתפלסטי. זהו השם שניתן ליכולת של סינפסות להתחזק או להיחלש לאורך זמן בתגובה לעלייה או ירידה בפעילות האינטראקציה. מאמינים ששינויים ארוכי טווח ביעילות הסינפסות, בהתאם לתדירות ה"שימוש", חשובים ללמידה, היווצרות זיכרון והתפתחות עצבית.
נוירונים מייצרים כל הזמן חלבונים חדשים עבורעיצוב מחדש של חלקים מהסינפסה, כגון קולטנים לנוירוטרנסמיטורים מסוימים. זה מאפשר לתאי עצב לחזק באופן סלקטיבי את הקשרים שלהם זה עם זה. כתוצאה מכך נוצרת רשת המקודדת את הזיכרון. ככל שזיכרון "מופעל" לעתים קרובות יותר, כך הרשת העצבית שלו מתחזקת. מבנים כאלה חורגים מההיפוקמפוס ויוצרים זיכרון לטווח ארוך בחלקים שונים של המוח.
האם אתה יכול לראות זיכרונות?
בסוף המאה ה-19, מדענים יצרו את הראשוןמיקרוסקופים חזקים מספיק כדי לזהות נוירונים בודדים. עד אמצע המאה הבאה, מיקרוסקופים אלקטרונים הראו מבנים סינפטיים ברוחב של עשרות בודדות של ננומטרים, ובהמשך, באמצעות מיקרוסקופים דו-פוטונים, החוקרים צפו כיצד נוצרים קשרים סינפטיים בזמן אמת במהלך תהליך הלמידה.
אחד המודלים שבהם משתמשים מדעני מוחלעבודה עם זיכרון זה אנגרם. זהו השם שניתן לעקיבה הפיזית (רשת עצבית) של זיכרון מסוים במוח. תאי אנגרם הם אוכלוסיות של נוירונים שההפעלה מחדש שלהם מובילה לאחזור זיכרון אינדיבידואלי.
מחקרים רבים בתחום הגנטיקהאפשרו לדמיין אנגרמות כאלה. לדוגמה, מדענים השתמשו בווירוסים כדי להחדיר חלבון פלואורסצנטי ירוק שנמצא במדוזות למוחם של עכברים, מה שגורם לנוירונים להאיר בזמן שהם לומדים. ועל ידי החדרת החלבון הרגיש לאור של אצות, canalrhodopsin (ChR2), ניתן להפעיל באופן מלאכותי נוירונים מסוימים, "לכבות" או "להתחיל" אנגרמים מסוימים.
לדוגמה, חוקרים מ-MIT זיהואנגרמה שנוצרה במוח של עכברים במהלך תהליך לימוד הפחד. הפעלה מלאכותית חוזרת ונשנית של רשת נוירונים זו באמצעות אור כחול גרמה לבעלי החיים "להקפיא", תגובה אופיינית לסכנה.
שיטה נוספת להמחיש זיכרונות היאהדמיית תהודה מגנטית פונקציונלית (fMRI). טכנולוגיה זו מבוססת על חיבור של פעילות עצבית עם שינויים בזרימת הדם במוח. על ידי התבוננות כיצד ההמודינמיקה (תנועת הדם) משתנה, החוקרים קובעים אילו אזורים במוח פעילים בזמן זה או אחר.
עם טכנולוגיה זו, למשל,חוקרים מאוניברסיטת אורגון אימנו בינה מלאכותית לזהות ולשחזר תמונות פנים שצצות בזיכרון האנושי. במהלך תהליך האימון, הוצגו למשתתפים צילומים של פנים של אנשים שונים, ומחשב עיבד את נתוני ה-fMRI ויצר דפוסים של פעילות מוחית האופיינית לכל תמונה.
לאחר מכן, כאשר הוצג למשתתפים חדשתמונת AI לא ידועה, בהתבסס על פעילות מוחית, המחשב ניסה לשחזר את הפנים בתמונה. למרות שזה היה רחוק מלהיות דומה לחלוטין לתמונה המוגמרת, הרשת העצבית המלאכותית זיהתה ויצרה במדויק כמה תכונות, וגם שיקפה את התפיסה הסובייקטיבית של תכונות מסוימות על ידי אדם, למשל, צבע עור.
ערכת ניסוי: אימון (למעלה) ושחזור של תמונה לא ידועה (למטה). איור: Hongmi Lee, Brice A. Kuhl, Journal of Neuroscience
האם ניתן לתמרן זיכרונות?
אחת הדרכים ליצור "שקרזיכרונות" בעכברים הוכח לפני כמעט עשור על ידי חוקרים במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס. הגישה המוצעת על ידי מדענים מבוססת על זיהוי אנגרמים הקשורים לאירועים מסוימים והפעלתם באמצעות אופטוגנטיקה (שליטה על נוירונים בעזרת אור).
תכנית הניסוי ליצירת שקרזיכרונות. המדענים קראו את התבנית המקבילה לסביבה A. הם העבירו את החיות לסביבה B, הפעילו את הזרם, ובמקביל בעזרת האור הפעילו את הנוירונים של האנגרמה התואמים לסביבה A. כאשר שוב הוצבו בהקשר A. , הם הראו זיכרון כוזב של פחד עבור A (הקפאה מסומנת על ידי קווים גליים), שם הם מעולם לא התחשמלו. יחד עם זאת, לא היו שינויים בהתנהגות בסביבה ניטרלית C. תמונה: Steve Ramirez וחב', Frontiers in Behavioral Neuroscience
מדענים שינו עכברים מהונדסים גנטיתעל מנת להכניס את הגן המקודד לחלבון canalrhodopsin (ChR2) לנוירונים. זהו חלבון רגיש לאור המשמש כקולטן צילום באצות ירוקות חד-תאיות. הגן שונה כדי להפעיל את הביטוי של חלבון ניאון כאשר הנוירון מופעל. שינוי זה איפשר למדענים לעקוב אחר אילו נוירונים פעילים (פלואורסצית) במהלך תהליך הלמידה, כמו גם להפעיל אותם מחדש באמצעות אור.
במהלך הניסוי, מדענים הציבועכברי מעבדה נכנסו ל"חדר" הראשון וקראו את האנגרמה (רשת עצבית) שתואמת את הזיכרונות של הסביבה הזו. לאחר מכן, החיות הועברו לסביבה השנייה, הופעלו הנוירונים הקשורים ל"חדר" הראשון, והם היו המומים.
ניתוח נוסף הראה כי בבעלי חייםנוצר זיכרון כוזב הקשור לפחד מהאזור המקורי ("החדר" הראשון). למרות שהעכברים מעולם לא היו בהלם שם, כשהם הושמו בסביבה הזו הם קפאו מפחד.
התנהגות נורמלית של עכבר "מאומן" לפני הפעלת אור ופחד לאחר הפעלת אנגרם הקשור לפחד עבר. וידאו: Liu, X. et al., Nature
למרות שעבודה זו היא רקניסוי פרימיטיבי, והמוח האנושי הרבה יותר מורכב מעכבר, המחקר מראה באיזו קלות משנים זיכרונות בהשפעת השפעות חיצוניות. מחקרים רבים על היווצרות זיכרונות שווא אצל אנשים בחיי היומיום מאשרים את הפלסטיות הזו.
קרא עוד:
החרב שנחשבת מזויפת מסתבר שהיא חפץ בן 3,000 שנה מתקופת הברונזה
קטעים חדשים מספר המתים שנמצאו במצרים
חותם מסתורי מתחת לאדמה הפתיע את המדענים. הוא בן למעלה מ-1000 שנה