Galimybė prisiminti ir saugoti prisiminimus kelias dienas ar visą gyvenimą yra svarbi funkcija
Supratimas, kaip smegenys kaupia informaciją irreguliuoja, kurie prisiminimai išliks ilgam, o kurie išnyks, padės sukurti atminties stiprinimo metodus tiems, kuriems gresia su amžiumi susiję sutrikimai, ir atkurti normalią smegenų veiklą po traumos.
Kaip veikia atmintis?
Sukuriama ir saugoma įvairių tipų atmintisskirtingai ir skirtingose smegenų srityse. Neuromokslininkai dar iki galo nesuvokia visų procesų subtilybių, jie toliau tobulina detales ir atranda naujas smegenų funkcijas. Tačiau žinoma, kad autobiografiniai prisiminimai – prisiminimai apie asmeniškai patirtus įvykius – pradeda formuotis smegenų dalyje, vadinamoje hipokampu, praėjus valandoms ir dienoms po įvykio.
Neuronai yra nervų sistemos ląstelės, kurios bendrauja tarpusavyje.kitas per sinapses. Tai yra sritys, kuriose dvi ląstelės jungiasi ir keičiasi „informacija“ per mažą tarpą, naudodamos cheminius pranešimus (neurotransmiterius). Kiekvienas neuronas gali būti sujungtas per sinapses su tūkstančiais kitų.
Neuronų sąveika po mikroskopu. Vaizdo įrašas: UC Berkeley
Viena iš pagrindinių neuronų savybių yra sinapsinėplastmasinis. Taip vadinamas sinapsių gebėjimas laikui bėgant stiprėti arba susilpnėti reaguojant į sąveikos aktyvumo padidėjimą ar sumažėjimą. Manoma, kad ilgalaikiai sinapsių efektyvumo pokyčiai, priklausomai nuo „naudojimo“ dažnumo, yra svarbūs mokymuisi, atminties formavimuisi ir neuronų vystymuisi.
Neuronai nuolat gamina naujus baltymussinapsės dalių, pvz., tam tikrų neurotransmiterių receptorių, pertvarkymas. Tai leidžia nervų ląstelėms selektyviai sustiprinti tarpusavio ryšius. Dėl to susidaro tinklas, kuris užkoduoja atmintį. Kuo dažniau atmintis „įjungiama“, tuo stipresnis tampa jos neuroninis tinklas. Tokios struktūros išeina už hipokampo ribų ir sudaro ilgalaikę atmintį įvairiose smegenų dalyse.
Ar matote prisiminimus?
XIX amžiaus pabaigoje mokslininkai sukūrė pirmąjįmikroskopai yra pakankamai galingi atskiriems neuronams identifikuoti. Iki kito šimtmečio vidurio elektroniniai mikroskopai parodė vos kelių dešimčių nanometrų pločio sinapsines struktūras, o vėliau, pasitelkę dviejų fotonų mikroskopus, mokslininkai stebėjo, kaip mokymosi proceso metu realiu laiku formuojasi sinapsiniai ryšiai.
Vienas iš modelių, kurį naudoja neurologaidarbui su atmintimi tai yra engrama. Taip vadinamas tam tikros atminties smegenyse fizinis pėdsakas (neuroninis tinklas). Engramo ląstelės yra neuronų populiacijos, kurių pakartotinis aktyvinimas lemia individualios atminties atkūrimą.
Daugybė tyrimų genetikos srityjeleido vizualizuoti tokias engramas. Pavyzdžiui, mokslininkai panaudojo virusus, kad į pelių smegenis sušvirkštų medūzose randamą žalią fluorescencinį baltymą, dėl kurio besimokantys neuronai švyti. O įvedus šviesai jautrų dumblių baltymą kanalrodopsiną (ChR2), galima dirbtinai suaktyvinti tam tikrus neuronus, „išjungti“ ar „paleisti“ tam tikras engramas.
Pavyzdžiui, mokslininkai iš MIT nustatėengrama, kuri susidarė pelių smegenyse mokantis baimės. Pakartotinai dirbtinai suaktyvinus šį neuronų tinklą naudojant mėlyną šviesą, gyvūnai „sušaldavo“ – tai būdinga reakcija į pavojų.
Kitas prisiminimų vizualizavimo būdas yrafunkcinis magnetinio rezonanso tomografija (fMRI). Ši technologija pagrįsta neuronų veiklos ryšiu su smegenų kraujotakos pokyčiais. Stebėdami, kaip kinta hemodinamika (kraujo judėjimas), mokslininkai nustato, kurios smegenų sritys vienu ar kitu metu yra aktyvios.
Su šia technologija pvz.Oregono universiteto mokslininkai mokė dirbtinį intelektą atpažinti ir atkurti žmogaus atmintyje iškylančius veido vaizdus. Mokymų metu dalyviams buvo rodomos skirtingų žmonių veidų nuotraukos, o kompiuteris apdorojo fMRT duomenis ir generavo kiekvienai nuotraukai būdingus smegenų veiklos modelius.
Po to, kai dalyviams buvo parodytas naujasnežinoma AI nuotrauka, remiantis smegenų veikla, kompiuteris bandė atkurti nuotraukoje esantį veidą. Nors jis toli gražu nebuvo visiškai panašus į baigtą vaizdą, dirbtinis neuroninis tinklas tiksliai identifikavo ir atkūrė kai kuriuos bruožus, taip pat atspindėjo subjektyvų žmogaus suvokimą apie tam tikras savybes, pavyzdžiui, odos spalvą.
Eksperimento schema: mokymas (viršuje) ir nežinomo vaizdo rekonstrukcija (apačioje). Iliustracija: Hongmi Lee, Brice A. Kuhl, Journal of Neuroscience
Ar galima manipuliuoti prisiminimais?
Vienas iš būdų formuoti „falseprisiminimai“ pelėse beveik prieš dešimtmetį pademonstravo Masačusetso technologijos instituto mokslininkai. Mokslininkų siūlomas metodas pagrįstas su tam tikrais įvykiais susijusių engramų identifikavimu ir jų aktyvavimu naudojant optogenetiką (neuronų valdymą šviesos pagalba).
Eksperimento schema sukurti klaidingąatsiminimai. Mokslininkai perskaitė šabloną, atitinkantį A aplinką. Jie perkėlė gyvūnus į aplinką B, įjungė srovę ir lygiagrečiai šviesos pagalba aktyvavo A aplinką atitinkančios engramos neuronus. Kai jie vėl buvo patalpinti į A kontekstą , jie parodė klaidingą prisiminimą apie baimę dėl A (sušalimą rodo banguotos linijos), kur jie niekada nebuvo nutrenkti elektra. Tuo pačiu metu neutralioje aplinkoje C elgesys nepasikeitė. Vaizdas: Steve Ramirez ir kt., Frontiers in Behavioral Neuroscience
Mokslininkai turi genetiškai modifikuotų peliųtam, kad į neuronus patektų geną, koduojantį baltymą kanalrodopsiną (ChR2). Tai šviesai jautrus baltymas, kuris yra vienaląsčių žaliųjų dumblių fotoreceptorius. Genas buvo modifikuotas, kad suaktyvintų fluorescencinio baltymo ekspresiją, kai neuronas suaktyvinamas. Ši modifikacija leido mokslininkams sekti, kurie neuronai yra aktyvūs (fluorescuoja) mokymosi proceso metu, taip pat juos iš naujo suaktyvinti naudojant šviesą.
Eksperimento metu mokslininkai įdėjolaboratorines peles į pirmą „kambarį“ ir perskaitė engramą (neuroninį tinklą), atitinkantį šios aplinkos prisiminimus. Po to gyvūnai buvo perkelti į antrąją aplinką, suaktyvėjo su pirmuoju "kambariu" susiję neuronai ir jie buvo šokiruoti.
Tolesnė analizė parodė, kad gyvūnamssusiformavo klaidinga atmintis, siejama su pradinio ploto (pirmojo „kambario“) baime. Nors pelės ten niekada nebuvo šokiruotos, patekusios į šią aplinką jos sustingo iš baimės.
Normalus „išmokytos“ pelės elgesys prieš įsijungiant šviesai ir baimė suaktyvinus engramą, susijusią su praeities baime. Vaizdo įrašas: Liu, X. ir kt., Gamta
Nors šis darbas yra tikprimityvus eksperimentas, o žmogaus smegenys yra daug sudėtingesnės nei pelės, tyrimas rodo, kaip lengvai atsiminimai keičiasi veikiami išorinių poveikių. Daugybė tyrimų apie klaidingų prisiminimų formavimąsi žmonėms kasdieniame gyvenime patvirtina šį plastiškumą.
Skaityti daugiau:
Kardas, laikomas netikru, pasirodė esąs 3000 metų senumo bronzos amžiaus artefaktas
Egipte rastos naujos ištraukos iš Mirusiųjų knygos
Paslaptingas pėdsakas po žeme nustebino mokslininkus. Jam daugiau nei 1000 metų