Σκεφτείτε μια στιγμή που είχατε δύο διαφορετικές αλλά παρόμοιες εμπειρίες σε σύντομο χρονικό διάστημα. Ίσως παρακολουθήσατε δύο γιορτές την ίδια εβδομάδα ή κάνατε δύο παρουσιάσεις στη δουλειά. Λίγο αργότερα, μπορεί να βρεθείτε να μπερδεύετε και τα δύο. Αλλά όσο περνάει ο καιρός αυτή η σύγχυση υποχωρεί και μπορείτε να διαφοροποιήσετε καλύτερα αυτές τις διαφορετικές εμπειρίες. Νέα έρευνα που δημοσιεύτηκε στο Nature Neuroscience αποκαλύπτει ότι αυτή η διαδικασία συμβαίνει σε κυτταρικό επίπεδο, ευρήματα που είναι κρίσιμα για την κατανόηση και τη θεραπεία διαταραχών μνήμης, όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ.
Τα δυναμικά εγγράμματα αποθηκεύουν μνήμες
Η έρευνα επικεντρώνεται στα εγγράμματα, τα οποία είναι νευρωνικά κύτταρα στον εγκέφαλο που αποθηκεύουν πληροφορίες μνήμης. «Τα εγγράμματα είναι οι νευρώνες που επανενεργοποιούνται για να υποστηρίξουν την ανάκληση της μνήμης», λέει ο Dheeraj S. Roy, Ph.D., ένας από τους ανώτερους συγγραφείς της εργασίας και επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Φυσιολογίας και Βιοφυσικής στη Σχολή Ιατρικής και Βιοϊατρικής του Jacobs. Επιστήμες στο Πανεπιστήμιο στο Μπάφαλο. «Όταν διαταράσσονται τα εγγράμματα, παθαίνεις αμνησία».
Στα λεπτά και τις ώρες που ακολουθούν αμέσως μια εμπειρία, εξηγεί, ο εγκέφαλος χρειάζεται να ενοποιήσει το εγγράμμα για να το αποθηκεύσει. “Θέλαμε να μάθουμε: Τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας ενοποίησης; Τι συμβαίνει από τη στιγμή που σχηματίζεται ένα εγγράμμα και όταν χρειάζεται να ανακαλέσετε αυτήν τη μνήμη αργότερα;”
Οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα υπολογιστικό μοντέλο για τη μάθηση και το σχηματισμό μνήμης που ξεκινά με τις αισθητηριακές πληροφορίες, που είναι το ερέθισμα. Μόλις αυτές οι πληροφορίες φτάσουν στον ιππόκαμπο, το τμήμα του εγκεφάλου όπου σχηματίζονται οι μνήμες, ενεργοποιούνται διαφορετικοί νευρώνες, μερικοί από τους οποίους είναι διεγερτικοί και άλλοι ανασταλτικοί.
Όταν οι νευρώνες ενεργοποιούνται στον ιππόκαμπο, δεν πρόκειται να πυροδοτηθούν όλοι ταυτόχρονα. Καθώς σχηματίζονται οι μνήμες, οι νευρώνες που τυχαίνει να ενεργοποιούνται στενά με το χρόνο γίνονται μέρος του εγγράμματος και ενισχύουν τη συνδεσιμότητα τους για να υποστηρίξουν τη μελλοντική ανάκληση.
“Η ενεργοποίηση των κυψελών engram κατά την ανάκληση μνήμης δεν είναι μια διαδικασία “όλα ή καμία”, αλλά συνήθως χρειάζεται να φτάσει ένα όριο (δηλαδή, ένα ποσοστό του αρχικού εγγράμματος) για αποτελεσματική ανάκληση”, εξηγεί ο Roy. “Το μοντέλο μας είναι το πρώτο που αποδεικνύει ότι ο πληθυσμός engram δεν είναι σταθερός: Ο αριθμός των κυττάρων engram που ενεργοποιούνται κατά την ανάκληση μειώνεται με το χρόνο, που σημαίνει ότι είναι δυναμικής φύσης, και έτσι το επόμενο κρίσιμο ερώτημα ήταν εάν αυτό είχε μια συμπεριφορά συμπεριφοράς .”
Τα δυναμικά εγγράμματα χρειάζονται για τη διάκριση της μνήμης
«Κατά την περίοδο εδραίωσης μετά τη μάθηση, ο εγκέφαλος εργάζεται ενεργά για να διαχωρίσει τις δύο εμπειρίες και αυτός είναι πιθανώς ένας λόγος για τον οποίο ο αριθμός των ενεργοποιημένων κυττάρων engram μειώνεται με την πάροδο του χρόνου για μία μόνο μνήμη», λέει. “Εάν ισχύει, αυτό θα εξηγούσε γιατί οι διακρίσεις στη μνήμη βελτιώνονται όσο περνάει ο καιρός. Είναι σαν η μνήμη της εμπειρίας να ήταν ένας μεγάλος αυτοκινητόδρομος αρχικά, αλλά με την πάροδο του χρόνου, κατά τη διάρκεια της περιόδου ενοποίησης της τάξης των λεπτών έως ωρών, ο εγκέφαλός σας τα χωρίζει σε δύο λωρίδες, ώστε να μπορείτε να κάνετε διάκριση μεταξύ των δύο.”
Χρησιμοποιώντας μια τεχνική ευαίσθητη στο φως, η ομάδα μπόρεσε να ανιχνεύσει ενεργούς νευρώνες στον ιππόκαμπο Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αυτή την τεχνική για να επισημάνουν τους ενεργούς νευρώνες και αργότερα να μετρήσουν πόσοι επαναδραστηριοποιήθηκαν από τον εγκέφαλο για ανάκληση. Διεξήγαγαν επίσης πειράματα που επέτρεψαν την παρακολούθηση ενός μεμονωμένου κυττάρου engram σε εμπειρίες και χρόνο. «Επομένως, μπορώ να σας πω κυριολεκτικά πώς ένα κύτταρο εγγραμμάτων ή ένα υποσύνολο από αυτά ανταποκρίθηκαν σε κάθε περιβάλλον διαχρονικά και να το συσχετίσουν αυτό με τη διάκριση της μνήμης τους», εξηγεί ο Roy.
Οι αρχικές υπολογιστικές μελέτες της ομάδας είχαν προβλέψει ότι ο αριθμός των κυττάρων εγγραμμάτων που εμπλέκονται σε μια μνήμη θα μειωνόταν με την πάροδο του χρόνου και τα πειράματα σε ζώα το απέδειξαν. «Όταν ο εγκέφαλος μαθαίνει κάτι για πρώτη φορά, δεν ξέρει πόσοι νευρώνες χρειάζονται και έτσι επίτηδες στρατολογείται ένα μεγαλύτερο υποσύνολο νευρώνων», εξηγεί.