Spēja atcerēties un saglabāt atmiņas dažas dienas vai visu mūžu ir svarīga funkcija
Izpratne par to, kā smadzenes uzglabā informāciju unregulē, kuras atmiņas saglabāsies uz ilgu laiku un kuras izzudīs, palīdzēs izstrādāt metodes atmiņas stiprināšanai tiem, kam ir risks saslimt ar vecuma traucējumiem, un atjaunot normālu smadzeņu darbību pēc traumas.
Kā darbojas atmiņa?
Tiek izveidoti un saglabāti dažādi atmiņas veididažādi un dažādās smadzeņu zonās. Neirozinātnieki vēl pilnībā neizprot visu procesu sarežģītību, viņi turpina precizēt detaļas un atklāt jaunas smadzeņu funkcijas. Tomēr ir zināms, ka autobiogrāfiskās atmiņas — atmiņas par personīgi piedzīvotiem notikumiem — smadzeņu daļā, ko sauc par hipokampu, sāk veidoties stundās un dienās pēc notikuma.
Neironi ir nervu sistēmas šūnas, kas sazinās savā starpā.cits caur sinapsēm. Tās ir zonas, kurās divas šūnas savienojas un apmainās ar "informāciju" caur niecīgu spraugu, izmantojot ķīmiskos ziņojumus (neirotransmiterus). Katru neironu caur sinapsēm var savienot ar tūkstošiem citu.
Neironu mijiedarbība zem mikroskopa. Video: UC Berkeley
Viena no galvenajām neironu īpašībām ir sinaptiskaplastmasas. Tas ir nosaukums, kas dots sinapses spējai laika gaitā nostiprināties vai vājināties, reaģējot uz mijiedarbības aktivitātes palielināšanos vai samazināšanos. Tiek uzskatīts, ka ilgstošas sinapses efektivitātes izmaiņas atkarībā no "lietošanas" biežuma ir svarīgas mācībām, atmiņas veidošanai un neironu attīstībai.
Neironi pastāvīgi ražo jaunas olbaltumvielassinapses daļu, piemēram, noteiktu neirotransmiteru receptoru, pārveidošana. Tas ļauj nervu šūnām selektīvi stiprināt to savienojumus savā starpā. Rezultātā veidojas tīkls, kas kodē atmiņu. Jo biežāk atmiņa tiek “aktivizēta”, jo spēcīgāks kļūst tās neironu tīkls. Šādas struktūras pārsniedz hipokampu un veido ilgtermiņa atmiņu dažādās smadzeņu daļās.
Vai jūs varat redzēt atmiņas?
19. gadsimta beigās zinātnieki radīja pirmomikroskopi ir pietiekami spēcīgi, lai identificētu atsevišķus neironus. Līdz nākamā gadsimta vidum elektronu mikroskopi uzrādīja tikai dažus desmitus nanometru platas sinaptiskās struktūras, un vēlāk, izmantojot divu fotonu mikroskopus, pētnieki novēroja, kā mācību procesā reāllaikā veidojas sinaptiskie savienojumi.
Viens no modeļiem, ko izmanto neirozinātniekidarbam ar atmiņu tā ir engramma. Tas ir nosaukums, kas dots noteiktas atmiņas fiziskajai pēdai (neironu tīklam) smadzenēs. Engramas šūnas ir neironu populācijas, kuru atkārtota aktivizēšana noved pie individuālas atmiņas izgūšanas.
Daudzi pētījumi ģenētikas jomāļāva vizualizēt šādas engrammas. Piemēram, zinātnieki ir izmantojuši vīrusus, lai peļu smadzenēs ievadītu zaļi fluorescējošu proteīnu, kas atrodams medūzās, izraisot neironu mirdzēšanu, mācoties. Un, ieviešot aļģu gaismjutīgo proteīnu kanalrodopsīnu (ChR2), iespējams mākslīgi aktivizēt atsevišķus neironus, “izslēgt” vai “iesākt” noteiktas engrammas.
Piemēram, pētnieki no MIT identificējaengramma, kas veidojās peļu smadzenēs baiļu apguves procesā. Atkārtota mākslīga šī neironu tīkla aktivizēšana, izmantojot zilo gaismu, izraisīja dzīvnieku “sastingšanu”, kas ir raksturīga reakcija uz briesmām.
Vēl viena atmiņu vizualizācijas metode irfunkcionālā magnētiskās rezonanses attēlveidošana (fMRI). Šīs tehnoloģijas pamatā ir neironu aktivitātes saistība ar smadzeņu asinsrites izmaiņām. Novērojot, kā mainās hemodinamika (asins kustība), pētnieki nosaka, kuri smadzeņu apgabali vienā vai otrā reizē ir aktīvi.
Izmantojot šo tehnoloģiju, piemēram,Pētnieki no Oregonas universitātes apmācīja AI, lai atpazītu un rekonstruētu sejas attēlus, kas parādās cilvēka atmiņā. Apmācības procesā dalībniekiem tika rādītas dažādu cilvēku seju fotogrāfijas, bet dators apstrādāja fMRI datus un ģenerēja katrai fotogrāfijai raksturīgus smadzeņu darbības modeļus.
Pēc tam, kad dalībniekiem tika parādīts jaunsnezināms AI foto, pamatojoties uz smadzeņu darbību, dators mēģināja rekonstruēt attēlā redzamo seju. Lai gan tas ne tuvu nebija līdzīgs gatavajam attēlam, mākslīgais neironu tīkls precīzi identificēja un atjaunoja dažas pazīmes, kā arī atspoguļoja subjektīvo cilvēka uztveri par noteiktām iezīmēm, piemēram, ādas krāsu.
Eksperimenta shēma: apmācība (augšā) un nezināma attēla rekonstrukcija (apakšā). Ilustrācija: Hongmi Lee, Brice A. Kuhl, Journal of Neuroscience
Vai ar atmiņām var manipulēt?
Viens no veidiem, kā veidot "viltusatmiņas” pelēm gandrīz pirms desmit gadiem demonstrēja Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta pētnieki. Zinātnieku piedāvātā pieeja ir balstīta uz ar noteiktiem notikumiem saistīto engrammu identificēšanu un to aktivizēšanu, izmantojot optoģenētiku (neironu kontrole ar gaismas palīdzību).
Eksperimenta shēma viltus radīšanaiatmiņas. Zinātnieki nolasīja A videi atbilstošo modeli. Viņi pārvietoja dzīvniekus uz vidi B, ieslēdza strāvu un paralēli ar gaismas palīdzību aktivizēja videi A atbilstošās engrammas neironus. Kad tie atkal tika ievietoti kontekstā A. , viņi parādīja nepatiesu atmiņu par bailēm no A (sasalšanu norāda ar viļņotām līnijām ), kur viņi nekad nav cietuši no elektriskās strāvas trieciena. Tajā pašā laikā neitrālajā vidē C nebija nekādas izmaiņas uzvedībā. Attēls: Steve Ramirez et al., Frontiers in Behavioral Neuroscience
Zinātnieki ir ģenētiski modificētas peles, lailai ievadītu neironos gēnu, kas kodē proteīnu canalrodopsīnu (ChR2). Tas ir gaismas jutīgs proteīns, kas kalpo kā fotoreceptors vienšūnu zaļajās aļģēs. Gēns ir modificēts, lai izraisītu fluorescējoša proteīna ekspresiju, kad neirons ir aktivizēts. Šī modifikācija ļāva zinātniekiem izsekot, kuri neironi ir aktīvi (fluorescē) mācību procesa laikā, kā arī atkārtoti aktivizēt tos, izmantojot gaismu.
Eksperimenta laikā zinātnieki ievietojalaboratorijas peles pirmajā “istabā” un nolasīja engrammu (neironu tīklu), kas atbilda atmiņām par šo vidi. Pēc tam dzīvnieki tika pārvietoti uz otro vidi, tika aktivizēti ar pirmo “telpu” saistītie neironi, un viņi tika šokēti.
Turpmākā analīze parādīja, ka dzīvniekiemveidojās viltus atmiņa, kas saistīta ar bailēm no sākotnējās zonas (pirmās “istabas”). Lai gan peles tur nekad nebija šokētas, ieliktas šajā vidē, tās bailēs sastinga.
Normāla “trenētas” peles uzvedība pirms gaismas aktivizēšanas un bailes pēc engrammas aktivizēšanas, kas saistīta ar pagātnes bailēm. Video: Liu, X. et al., Nature
Lai gan šis darbs ir tikaiprimitīvs eksperiments, un cilvēka smadzenes ir daudz sarežģītākas nekā peles, pētījums parāda, cik viegli atmiņas tiek mainītas ārējās ietekmes ietekmē. Šo plastiskumu apstiprina daudzi pētījumi par viltus atmiņu veidošanos cilvēkiem ikdienas dzīvē.
Lasīt vairāk:
Zobens, kas tiek uzskatīts par viltotu, izrādās 3000 gadus vecs bronzas laikmeta artefakts
Ēģiptē atrasti jauni fragmenti no Mirušo grāmatas
Noslēpumains nospiedums pazemē pārsteidza zinātniekus. Viņam ir vairāk nekā 1000 gadu