Ważną funkcją jest zdolność zapamiętywania i przechowywania wspomnień przez kilka dni lub całe życie
Zrozumienie, w jaki sposób mózg przechowuje informacje ireguluje, które wspomnienia pozostaną na długo, a które zanikną, pomoże opracować metody wzmacniania pamięci u osób zagrożonych zaburzeniami związanymi z wiekiem oraz przywrócić prawidłową pracę mózgu po urazie.
Jak działa pamięć?
Tworzone i przechowywane są różne typy pamięciinaczej i w różnych obszarach mózgu. Neuronaukowcy nie rozumieją jeszcze w pełni zawiłości wszystkich procesów, wciąż dopracowują szczegóły i odkrywają nowe funkcje mózgu. Wiadomo jednak, że wspomnienia autobiograficzne — wspomnienia zdarzeń, których osobiście doświadczyliśmy — zaczynają nabierać kształtu w części mózgu zwanej hipokampem w ciągu godzin i dni następujących po zdarzeniu.
Neurony to komórki układu nerwowego, które komunikują się ze sobą.inny przez synapsy. Są to obszary, w których dwie komórki łączą się i wymieniają „informacje” przez niewielką szczelinę za pomocą wiadomości chemicznych (neuroprzekaźników). Każdy neuron może być połączony za pomocą synaps z tysiącami innych.
Interakcja neuronów pod mikroskopem. Wideo: Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley
Jedną z kluczowych właściwości neuronów jest synaptykaPlastikowy. Jest to nazwa nadana zdolności synaps do wzmacniania się lub osłabiania w czasie w odpowiedzi na wzrost lub spadek aktywności interakcji. Uważa się, że długoterminowe zmiany wydajności synaps, w zależności od częstotliwości „używania”, są ważne dla uczenia się, tworzenia pamięci i rozwoju neuronów.
Neurony nieustannie produkują nowe białka dlaprzebudowa części synapsy, takich jak receptory dla niektórych neuroprzekaźników. Dzięki temu komórki nerwowe mogą selektywnie wzmacniać swoje wzajemne połączenia. W rezultacie powstaje sieć, która koduje pamięć. Im częściej pamięć jest „aktywowana”, tym silniejsza staje się jej sieć neuronowa. Takie struktury wykraczają poza hipokamp i tworzą pamięć długotrwałą w różnych częściach mózgu.
Czy widzisz wspomnienia?
Pod koniec XIX wieku naukowcy stworzyli pierwszymikroskopy są wystarczająco silne, aby zidentyfikować poszczególne neurony. W połowie następnego stulecia mikroskopy elektronowe pokazały struktury synaptyczne o szerokości zaledwie kilkudziesięciu nanometrów, a później za pomocą mikroskopów dwufotonowych badacze obserwowali, jak w czasie rzeczywistym tworzą się połączenia synaptyczne podczas procesu uczenia się.
Jeden z modeli, z których korzystają neurobiolodzydo pracy z pamięcią jest to engram. Jest to nazwa nadana fizycznemu śladowi (sieci neuronowej) konkretnego wspomnienia w mózgu. Komórki engramowe to populacje neuronów, których reaktywacja prowadzi do odzyskania indywidualnej pamięci.
Liczne badania z zakresu genetykiumożliwiła wizualizację takich engramów. Na przykład naukowcy wykorzystali wirusy do wstrzyknięcia białka zielonej fluorescencji znajdującego się w meduzach do mózgów myszy, powodując świecenie neuronów podczas uczenia się. A poprzez wprowadzenie światłoczułego białka alg, canalrodopsyny (ChR2), możliwe jest sztuczne aktywowanie niektórych neuronów, „wyłączenie” lub „uruchomienie” niektórych engramów.
Na przykład zidentyfikowali to badacze z MITengram, który powstał w mózgu myszy podczas procesu uczenia się strachu. Powtarzająca się sztuczna aktywacja tej sieci neuronów za pomocą niebieskiego światła powodowała „zamrożenie” zwierząt, co było charakterystyczną reakcją na niebezpieczeństwo.
Inną metodą wizualizacji wspomnień jestfunkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI). Technologia ta opiera się na powiązaniu aktywności neuronów ze zmianami w przepływie krwi w mózgu. Obserwując zmiany hemodynamiki (ruchu krwi), badacze określają, które obszary mózgu są aktywne w danym momencie.
Dzięki tej technologii np.Naukowcy z Uniwersytetu w Oregonie przeszkolili sztuczną inteligencję do rozpoznawania i rekonstruowania wizerunków twarzy pojawiających się w ludzkiej pamięci. Podczas procesu szkoleniowego uczestnikom pokazano zdjęcia twarzy różnych ludzi, a komputer przetworzył dane fMRI i wygenerował wzorce aktywności mózgu charakterystyczne dla każdej fotografii.
Po tym, gdy uczestnikom pokazano nowynieznane zdjęcie AI, na podstawie aktywności mózgu, komputer próbował zrekonstruować twarz na zdjęciu. Chociaż daleko mu było do całkowitego podobieństwa do gotowego obrazu, sztuczna sieć neuronowa dokładnie zidentyfikowała i odtworzyła niektóre cechy, a także odzwierciedlała subiektywne postrzeganie pewnych cech przez osobę, na przykład kolor skóry.
Schemat eksperymentu: trening (na górze) i rekonstrukcja nieznanego obrazu (na dole). Ilustracja: Hongmi Lee, Brice A. Kuhl, Journal of Neuroscience
Czy wspomnieniami można manipulować?
Jeden ze sposobów tworzenia „falsewspomnienia” u myszy wykazali prawie dekadę temu naukowcy z Massachusetts Institute of Technology. Zaproponowane przez naukowców podejście polega na identyfikacji engramów związanych z określonymi zdarzeniami i aktywowaniu ich za pomocą optogenetyki (sterowania neuronami za pomocą światła).
Schemat eksperymentu w celu stworzenia fałszywegowspomnienia. Naukowcy odczytali wzór odpowiadający środowisku A. Przenieśli zwierzęta do środowiska B, włączyli prąd i równolegle za pomocą światła aktywowali neurony engramu odpowiadającego środowisku A. Gdy ponownie zostali umieszczeni w kontekście A , wykazali fałszywe wspomnienie strachu o A (zamrożenie jest zaznaczone falistymi liniami), gdzie nigdy nie zostali porażeni prądem. Jednocześnie nie nastąpiły zmiany zachowania w neutralnym środowisku C. Zdjęcie: Steve Ramirez i in., Frontiers in Behavioural Neuroscience
Naukowcy zmodyfikowali genetycznie myszy, abyw celu wprowadzenia do neuronów genu kodującego białko canalrodopsin (ChR2). Jest to światłoczułe białko, które służy jako fotoreceptor w jednokomórkowych zielonych algach. Gen został zmodyfikowany tak, aby wyzwalał ekspresję białka fluorescencyjnego, gdy neuron jest aktywowany. Ta modyfikacja pozwoliła naukowcom śledzić, które neurony są aktywne (fluorescencyjne) podczas procesu uczenia się, a także reaktywować je za pomocą światła.
Podczas eksperymentu naukowcy umieścilimyszy laboratoryjne do pierwszego „pokoju” i odczytał engram (sieć neuronową) odpowiadający wspomnieniom tego środowiska. Następnie zwierzęta przeniesiono do drugiego środowiska, aktywowano neurony związane z pierwszym „pokojem”, co spowodowało szok.
Dalsza analiza wykazała to u zwierzątpowstało fałszywe wspomnienie związane ze strachem przed pierwotnym obszarem (pierwszym „pokojem”). Chociaż myszy nigdy nie doznały tam szoku, po umieszczeniu w tym środowisku zamarły ze strachu.
Normalne zachowanie „wyszkolonej” myszy przed aktywacją światła i strach po aktywacji engramu związany z przeszłym strachem. Wideo: Liu, X. i in., Nature
Chociaż ta praca jest tylkoprymitywny eksperyment, a ludzki mózg jest znacznie bardziej złożony niż mysz, badanie pokazuje, jak łatwo zmieniają się wspomnienia pod wpływem wpływów zewnętrznych. Liczne badania nad powstawaniem fałszywych wspomnień u ludzi w życiu codziennym potwierdzają tę plastyczność.
Czytaj więcej:
Miecz uważany za fałszywy okazuje się być artefaktem z epoki brązu sprzed 3000 lat
Nowe fragmenty Księgi Umarłych znalezione w Egipcie
Tajemniczy ślad pod ziemią zaskoczył naukowców. Ma ponad 1000 lat