Evnen til å huske og lagre minner for noen dager eller et helt liv er en viktig funksjon
Forstå hvordan hjernen lagrer informasjon ogregulerer hvilke minner som vil forbli lenge, og hvilke som forsvinner, vil bidra til å utvikle metoder for å styrke hukommelsen hos de som står i fare for å utvikle aldersrelaterte lidelser, og gjenopprette normal hjernefunksjon etter en skade.
Hvordan fungerer hukommelsen?
Ulike typer minne opprettes og lagresforskjellig og i forskjellige områder av hjernen. Nevrovitenskapsmenn forstår ennå ikke fullt ut detaljene ved alle prosesser, de fortsetter å avgrense detaljene og oppdage nye hjernefunksjoner. Imidlertid er det kjent at selvbiografiske minner – minner om hendelser som er opplevd personlig – begynner å ta form i en del av hjernen som kalles hippocampus i timene og dagene etter hendelsen.
Nevroner er cellene i nervesystemet som kommuniserer med hverandre.en annen gjennom synapser. Dette er områder hvor to celler kobles sammen og utveksler "informasjon" gjennom et lite gap ved hjelp av kjemiske meldinger (nevrotransmittere). Hvert nevron kan kobles til tusenvis av andre via synapser.
Interaksjon av nevroner under et mikroskop. Video: UC Berkeley
En av nøkkelegenskapene til nevroner er synaptiskplast. Dette er navnet gitt til synapsens evne til å styrke eller svekke over tid som svar på en økning eller reduksjon i interaksjonsaktivitet. Det antas at langsiktige endringer i effektiviteten til synapser, avhengig av frekvensen av "bruk", er viktig for læring, hukommelsesdannelse og nevronal utvikling.
Nevroner produserer stadig nye proteiner forremodellering av deler av synapsen, slik som reseptorer for visse nevrotransmittere. Dette gjør at nerveceller selektivt kan styrke sine forbindelser med hverandre. Som et resultat dannes det et nettverk som koder for minnet. Jo oftere et minne "aktiveres", jo sterkere blir dets nevrale nettverk. Slike strukturer går utover hippocampus og danner langtidshukommelse i ulike deler av hjernen.
Kan du se minner?
På slutten av 1800-tallet skapte forskerne den førsteMikroskoper er kraftige nok til å identifisere individuelle nevroner. Ved midten av neste århundre viste elektronmikroskoper synaptiske strukturer bare noen få titalls nanometer brede, og senere, ved hjelp av to-fotonmikroskoper, observerte forskere hvordan synaptiske forbindelser dannes i sanntid under læringsprosessen.
En av modellene som nevroforskere brukerfor arbeid med hukommelse er det et engram. Dette er navnet som er gitt til det fysiske sporet (nevrale nettverket) av et bestemt minne i hjernen. Engram-celler er populasjoner av nevroner hvis reaktivering fører til individuell minneinnhenting.
Tallrike undersøkelser innen genetikkgjorde det mulig å visualisere slike engrammer. For eksempel har forskere brukt virus til å injisere et grønt fluorescerende protein som finnes i maneter i hjernen til mus, noe som får nevronene til å gløde mens de lærer. Og ved å introdusere det lysfølsomme proteinet til alger, canalrhodopsin (ChR2), er det mulig å kunstig aktivere visse nevroner, "slå av" eller "starte" visse engrammer.
For eksempel identifiserte forskere fra MITet engram som ble dannet i hjernen til mus under prosessen med å lære frykt. Gjentatt kunstig aktivering av dette nettverket av nevroner ved bruk av blått lys førte til at dyrene "fryste", en karakteristisk reaksjon på fare.
En annen metode for å visualisere minner erfunksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI). Denne teknologien er basert på sammenhengen mellom neuronal aktivitet og endringer i blodstrømmen i hjernen. Ved å observere hvordan hemodynamikk (blodbevegelse) endres, bestemmer forskerne hvilke områder av hjernen som er aktive på et eller annet tidspunkt.
Med denne teknologien kan f.eks.Forskere fra University of Oregon trente AI til å gjenkjenne og rekonstruere ansiktsbilder som dukker opp i menneskets minne. Under treningsprosessen ble deltakerne vist bilder av forskjellige menneskers ansikter, og en datamaskin behandlet fMRI-dataene og genererte mønstre av hjerneaktivitet som er karakteristiske for hvert fotografi.
Etter det, da deltakerne ble vist en nyukjent AI-bilde, basert på hjerneaktivitet, prøvde datamaskinen å rekonstruere ansiktet på bildet. Selv om det var langt fra å være helt likt det ferdige bildet, identifiserte og gjenskapte det kunstige nevrale nettverket noen funksjoner nøyaktig, og reflekterte også den subjektive oppfatningen av visse funksjoner av en person, for eksempel hudfarge.
Eksperimentopplegg: trening (øverst) og rekonstruksjon av ukjent bilde (nederst). Illustrasjon: Hongmi Lee, Brice A. Kuhl, Journal of Neuroscience
Kan minner manipuleres?
En av måtene å danne "falskminner” hos mus ble demonstrert for nesten et tiår siden av forskere ved Massachusetts Institute of Technology. Tilnærmingen foreslått av forskere er basert på å identifisere engrammer assosiert med visse hendelser og aktivere dem ved hjelp av optogenetikk (kontrollere nevroner ved hjelp av lys).
Opplegg av eksperimentet for å lage falskminner. Forskerne leste mønsteret som tilsvarer miljø A. De flyttet dyrene til miljø B, skrudde på strømmen, og parallelt med hjelp av lys aktiverte de nevronene i engrammet tilsvarende miljø A. Da de igjen ble plassert i kontekst A , viste de et falskt minne om frykt for A (frysing er indikert med bølgete linjer), der de aldri ble elektrokuttet. Samtidig var det ingen endringer i atferd i nøytralt miljø C. Bilde: Steve Ramirez et al., Frontiers in Behavioral Neuroscience
Forskere har genmodifisert mus tilfor å introdusere genet som koder for proteinet canalrhodopsin (ChR2) i nevroner. Det er et lysfølsomt protein som fungerer som fotoreseptor i encellede grønne alger. Genet har blitt modifisert for å utløse uttrykket av et fluorescerende protein når nevronet aktiveres. Denne modifikasjonen gjorde det mulig for forskerne å holde styr på hvilke nevroner som er aktive (fluorescerende) under læringsprosessen, samt reaktivere dem ved hjelp av lys.
Under eksperimentet plasserte forskerelaboratoriemus inn i det første "rommet" og leste engrammet (nevralt nettverk) som tilsvarte minnene fra dette miljøet. Etter dette ble dyrene flyttet til det andre miljøet, nevronene knyttet til det første "rommet" ble aktivert, og de ble sjokkert.
Ytterligere analyser viste det hos dyret falskt minne ble dannet assosiert med frykten for det opprinnelige området (det første "rommet"). Selv om musene aldri ble sjokkert der, frøs de av frykt når de ble plassert i dette miljøet.
Normal oppførsel av en "trent" mus før lysaktivering og frykt etter aktivering av et engram assosiert med en tidligere frykt. Video: Liu, X. et al., Nature
Selv om dette arbeidet er bareet primitivt eksperiment, og den menneskelige hjernen er mye mer kompleks enn en mus, viser studien hvor lett minner endres under påvirkning av ytre påvirkninger. Tallrike studier av dannelsen av falske minner hos mennesker i hverdagen bekrefter denne plastisiteten.
Les mer:
Sverd antatt å være falsk viser seg å være en 3000 år gammel gjenstand fra bronsealderen
Nye passasjer fra De dødes bok funnet i Egypt
Et mystisk undergrunnsavtrykk overrasket forskere. Han er over 1000 år gammel