Schopnosť zapamätať si a uložiť spomienky na niekoľko dní alebo celý život je dôležitou funkciou
Pochopenie toho, ako mozog ukladá informácie areguluje, ktoré spomienky zostanú nadlho a ktoré zmiznú, pomôže vyvinúť metódy na posilnenie pamäti u osôb, ktorým hrozí rozvoj porúch súvisiacich s vekom, a obnoviť normálnu funkciu mozgu po úraze.
Ako funguje pamäť?
Vytvárajú a ukladajú sa rôzne typy pamäterôzne a v rôznych oblastiach mozgu. Neurovedci ešte úplne nerozumejú zložitosti všetkých procesov, pokračujú v dolaďovaní detailov a objavovaní nových funkcií mozgu. Je však známe, že autobiografické spomienky – spomienky na osobne prežité udalosti – sa začínajú formovať v časti mozgu zvanej hipokampus v hodinách a dňoch nasledujúcich po udalosti.
Neuróny sú bunky nervového systému, ktoré medzi sebou komunikujú.iný cez synapsie. Sú to oblasti, kde sa dve bunky spájajú a vymieňajú si „informácie“ cez malú medzeru pomocou chemických správ (neurotransmiterov). Každý neurón môže byť spojený cez synapsie s tisíckami ďalších.
Interakcia neurónov pod mikroskopom. Video: UC Berkeley
Jednou z kľúčových vlastností neurónov je synaptickáplast. Toto je názov pre schopnosť synapsií časom zosilňovať alebo oslabovať v reakcii na zvýšenie alebo zníženie interakčnej aktivity. Predpokladá sa, že dlhodobé zmeny účinnosti synapsií v závislosti od frekvencie „používania“ sú dôležité pre učenie, tvorbu pamäte a vývoj neurónov.
Neuróny neustále produkujú nové proteíny preprestavba častí synapsie, ako sú receptory pre určité neurotransmitery. To umožňuje nervovým bunkám selektívne posilňovať svoje vzájomné spojenia. V dôsledku toho sa vytvorí sieť, ktorá kóduje pamäť. Čím častejšie je pamäť „aktivovaná“, tým silnejšia je jej neurónová sieť. Takéto štruktúry presahujú hipokampus a vytvárajú dlhodobú pamäť v rôznych častiach mozgu.
Vidíš spomienky?
Na konci 19. storočia vedci vytvorili prvýmikroskopy sú dostatočne výkonné na identifikáciu jednotlivých neurónov. V polovici budúceho storočia elektrónové mikroskopy ukázali synaptické štruktúry široké len niekoľko desiatok nanometrov a neskôr pomocou dvojfotónových mikroskopov výskumníci pozorovali, ako sa synaptické spojenia vytvárajú v reálnom čase počas procesu učenia.
Jeden z modelov, ktorý používajú neurovedcipre prácu s pamäťou je to engram. Toto je názov fyzickej stopy (neurónovej siete) konkrétnej pamäte v mozgu. Engram bunky sú populácie neurónov, ktorých reaktivácia vedie k individuálnemu získaniu pamäte.
Početné výskumy v oblasti genetikyumožnila vizualizáciu takýchto engramov. Napríklad vedci použili vírusy na injekciu zeleného fluorescenčného proteínu, ktorý sa nachádza v medúzach, do mozgu myší, čo spôsobuje, že neuróny žiaria, keď sa učia. A zavedením svetlocitlivého proteínu rias, canalrodopsínu (ChR2), je možné umelo aktivovať určité neuróny, „vypnúť“ alebo „naštartovať“ určité engramy.
Napríklad výskumníci z MIT identifikovaliengram, ktorý sa vytvoril v mozgu myší počas procesu učenia sa strachu. Opakovaná umelá aktivácia tejto siete neurónov pomocou modrého svetla spôsobila, že zvieratá „zamrzli“, čo je charakteristická reakcia na nebezpečenstvo.
Ďalšou metódou vizualizácie spomienok jefunkčná magnetická rezonancia (fMRI). Táto technológia je založená na spojení neuronálnej aktivity so zmenami prietoku krvi v mozgu. Pozorovaním, ako sa mení hemodynamika (pohyb krvi), výskumníci určujú, ktoré oblasti mozgu sú v tom či onom čase aktívne.
S touto technológiou napr.Výskumníci z University of Oregon vycvičili AI, aby rozpoznala a zrekonštruovala obrazy tváre, ktoré sa objavia v ľudskej pamäti. Počas tréningového procesu boli účastníkom ukázané fotografie tvárí rôznych ľudí a počítač spracoval dáta fMRI a vygeneroval vzory mozgovej aktivity charakteristické pre každú fotografiu.
Potom, keď sa účastníkom ukázal novýneznáma fotografia AI, na základe mozgovej aktivity sa počítač pokúsil zrekonštruovať tvár na obrázku. Hoci to zďaleka nebolo úplne podobné hotovému obrázku, umelá neurónová sieť presne identifikovala a znovu vytvorila niektoré črty a odrážala aj subjektívne vnímanie určitých čŕt človekom, napríklad farbu pleti.
Schéma experimentu: tréning (hore) a rekonštrukcia neznámeho obrázku (dole). Ilustrácia: Hongmi Lee, Brice A. Kuhl, Journal of Neuroscience
Dá sa so spomienkami manipulovať?
Jedným zo spôsobov, ako vytvoriť „falošspomienky“ u myší preukázali takmer pred desiatimi rokmi vedci z Massachusettského technologického inštitútu. Prístup navrhovaný vedcami je založený na identifikácii engramov spojených s určitými udalosťami a ich aktivácii pomocou optogenetiky (riadenie neurónov pomocou svetla).
Schéma experimentu na vytvorenie falsespomienky. Vedci prečítali vzor zodpovedajúci prostrediu A. Zvieratá presunuli do prostredia B, zapli prúd a paralelne s pomocou svetla aktivovali neuróny engramu zodpovedajúceho prostrediu A. Keď ich opäť umiestnili do kontextu A , prejavili falošnú spomienku na strach o A (zamrznutie je naznačené vlnovkami ), kde ich nikdy nezasiahol elektrický prúd. V neutrálnom prostredí C zároveň nedošlo k žiadnym zmenám v správaní. Obrázok: Steve Ramirez a kol., Frontiers in Behavioral Neuroscience
Vedci geneticky modifikovali myši naza účelom zavedenia génu kódujúceho proteín canalrodopsín (ChR2) do neurónov. Je to svetlocitlivý proteín, ktorý slúži ako fotoreceptor v jednobunkových zelených riasach. Gén bol modifikovaný tak, aby spúšťal expresiu fluorescenčného proteínu, keď je neurón aktivovaný. Táto modifikácia umožnila vedcom sledovať, ktoré neuróny sú aktívne (fluoreskovať) počas procesu učenia, ako aj reaktivovať ich pomocou svetla.
Počas experimentu vedci umiestnililaboratórne myši do prvej „miestnosti“ a čítali engram (neurónovú sieť), ktorý zodpovedal spomienkam tohto prostredia. Potom sa zvieratá presunuli do druhého prostredia, aktivovali sa neuróny spojené s prvou „miestnosťou“ a boli šokované.
Ďalšia analýza ukázala, že u zvieratvytvorila sa falošná spomienka spojená so strachom z pôvodnej oblasti (prvej „izby“). Hoci tam myši nikdy nešokovali, po umiestnení do tohto prostredia stuhli od strachu.
Normálne správanie „trénovanej“ myši pred aktiváciou svetla a strach po aktivácii engramu spojeného s minulým strachom. Video: Liu, X. a kol., Nature
Aj keď táto práca je lenprimitívny experiment a ľudský mozog je oveľa zložitejší ako myš, štúdia ukazuje, ako ľahko sa menia spomienky pod vplyvom vonkajších vplyvov. Početné štúdie o vytváraní falošných spomienok u ľudí v každodennom živote túto plasticitu potvrdzujú.
Čítaj viac:
Meč považovaný za falošný sa ukáže ako 3000-ročný artefakt z doby bronzovej
Nové pasáže z Knihy mŕtvych nájdené v Egypte
Tajomný odtlačok podzemia vedcov prekvapil. Má viac ako 1000 rokov