Möjligheten att komma ihåg och lagra minnen för några dagar eller en livstid är en viktig funktion
Förstå hur hjärnan lagrar information ochreglerar vilka minnen som kommer att finnas kvar under lång tid, och vilka som kommer att försvinna, ska bidra till att utveckla metoder för att stärka minnet hos dem som riskerar att utveckla åldersrelaterade störningar, och återställa normal hjärnfunktion efter en skada.
Hur fungerar minnet?
Olika typer av minne skapas och lagrasolika och i olika delar av hjärnan. Neurovetenskapsmän förstår ännu inte till fullo invecklarna i alla processer, de fortsätter att förfina detaljerna och upptäcka nya hjärnfunktioner. Det är dock känt att självbiografiska minnen – minnen av händelser som upplevts personligen – börjar ta form i en del av hjärnan som kallas hippocampus under timmarna och dagarna efter händelsen.
Neuroner är nervsystemets celler som kommunicerar med varandra.en annan genom synapser. Dessa är områden där två celler ansluter och utbyter "information" genom en liten lucka med hjälp av kemiska meddelanden (neurotransmittorer). Varje neuron kan kopplas via synapser till tusentals andra.
Interaktion mellan neuroner under ett mikroskop. Video: UC Berkeley
En av de viktigaste egenskaperna hos neuroner är synaptiskplast. Detta är namnet på synapsernas förmåga att stärka eller försvagas över tid som svar på en ökning eller minskning av interaktionsaktivitet. Man tror att långsiktiga förändringar i effektiviteten av synapser, beroende på frekvensen av "användning", är viktiga för inlärning, minnesbildning och neuronal utveckling.
Neuroner producerar ständigt nya proteiner förombyggnad av delar av synapsen, såsom receptorer för vissa signalsubstanser. Detta tillåter nervceller att selektivt stärka sina förbindelser med varandra. Som ett resultat bildas ett nätverk som kodar minnet. Ju oftare ett minne "aktiveras", desto starkare blir dess neurala nätverk. Sådana strukturer går utanför hippocampus och bildar långtidsminne i olika delar av hjärnan.
Kan du se minnen?
I slutet av 1800-talet skapade vetenskapsmän den förstamikroskop är kraftfulla nog att identifiera individuella neuroner. I mitten av nästa århundrade visade elektronmikroskop synaptiska strukturer bara några tiotals nanometer breda, och senare, med hjälp av tvåfotonmikroskop, observerade forskare hur synaptiska anslutningar bildas i realtid under inlärningsprocessen.
En av modellerna som neuroforskare använderför att arbeta med minne är det ett engram. Detta är namnet som ges till det fysiska spåret (neurala nätverket) av ett visst minne i hjärnan. Engram-celler är populationer av neuroner vars reaktivering leder till individuell minneshämtning.
Många undersökningar inom området genetikgjort det möjligt att visualisera sådana engram. Forskare har till exempel använt virus för att injicera ett grönt fluorescerande protein som finns i maneter i hjärnan på möss, vilket får nervceller att lysa när de lär sig. Och genom att introducera det ljuskänsliga proteinet från alger, canalrhodopsin (ChR2), är det möjligt att artificiellt aktivera vissa neuroner, "stänga av" eller "starta" vissa engram.
Till exempel identifierade forskare från MITett engram som bildades i hjärnan på möss under processen att lära sig rädsla. Upprepad artificiell aktivering av detta nätverk av neuroner med hjälp av blått ljus fick djuren att "frysa", en karakteristisk reaktion på fara.
En annan metod för att visualisera minnen ärfunktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI). Denna teknik bygger på kopplingen av neuronaktivitet med förändringar i blodflödet i hjärnan. Genom att observera hur hemodynamiken (blodrörelsen) förändras, avgör forskarna vilka områden i hjärnan som är aktiva vid ett eller annat tillfälle.
Med denna teknik kan t.ex.Forskare från University of Oregon utbildade AI för att känna igen och rekonstruera ansiktsbilder som dyker upp i människors minne. Under utbildningsprocessen visades deltagarna fotografier av olika människors ansikten, och en dator bearbetade fMRI-data och genererade mönster av hjärnaktivitet som är karakteristiska för varje fotografi.
Efter det, när deltagarna visades en nyokänt AI-foto, baserat på hjärnaktivitet, försökte datorn rekonstruera ansiktet på bilden. Även om det var långt ifrån att vara helt likt den färdiga bilden, identifierade och återskapade det konstgjorda neurala nätverket exakt vissa funktioner, och reflekterade också den subjektiva uppfattningen av vissa funktioner av en person, till exempel hudfärg.
Experimentschema: träning (överst) och rekonstruktion av en okänd bild (nederst). Illustration: Hongmi Lee, Brice A. Kuhl, Journal of Neuroscience
Kan minnen manipuleras?
Ett av sätten att bilda "falsktminnen” hos möss demonstrerades för nästan ett decennium sedan av forskare vid Massachusetts Institute of Technology. Tillvägagångssättet som föreslås av forskare bygger på att identifiera engram som är associerade med vissa händelser och aktivera dem med hjälp av optogenetik (kontrollera neuroner med hjälp av ljus).
Schema för experimentet för att skapa falskaminnen. Forskarna läste mönstret som motsvarar miljö A. De flyttade djuren till miljö B, slog på strömmen och aktiverade parallellt med hjälp av ljus neuronerna i engrammet motsvarande miljö A. När de återigen placerades i sammanhang A , visade de ett falskt minne av rädsla för A (frysning indikeras av vågiga linjer ), där de aldrig elektrocuterades. Samtidigt skedde inga förändringar i beteende i neutral miljö C. Bild: Steve Ramirez et al., Frontiers in Behavioral Neuroscience
Forskare har genetiskt modifierade möss tillför att introducera genen som kodar för proteinet canalrhodopsin (ChR2) i neuroner. Det är ett ljuskänsligt protein som fungerar som fotoreceptor i encelliga grönalger. Genen har modifierats för att utlösa uttrycket av ett fluorescerande protein när neuronen aktiveras. Denna modifiering gjorde det möjligt för forskarna att hålla reda på vilka neuroner som är aktiva (fluorescerar) under inlärningsprocessen, samt återaktivera dem med hjälp av ljus.
Under experimentet placerade forskarelaboratoriemöss in i det första "rummet" och läste det engram (neurala nätverket) som motsvarade minnen från denna miljö. Efter detta flyttades djuren till den andra miljön, neuronerna associerade med det första "rummet" aktiverades och de blev chockade.
Ytterligare analys visade det hos djurett falskt minne bildades i samband med rädslan för det ursprungliga området (det första "rummet"). Även om mössen aldrig blev chockade där, frös de av rädsla när de placerades i den här miljön.
Normalt beteende hos en "tränad" mus före ljusaktivering och rädsla efter aktivering av ett engram associerat med en tidigare rädsla. Video: Liu, X. et al., Nature
Även om detta arbete är baraett primitivt experiment, och den mänskliga hjärnan är mycket mer komplex än en mus, visar studien hur lätt minnen förändras under påverkan av yttre påverkan. Många studier av bildandet av falska minnen hos människor i vardagen bekräftar denna plasticitet.
Läs mer:
Svärd som tros vara falskt visar sig vara en 3 000 år gammal artefakt från bronsåldern
Nya stycken ur Dödsboken hittade i Egypten
Ett mystiskt avtryck under jorden överraskade forskare. Han är över 1000 år gammal