Električni „udari“ u neaktivnom mozgu označavaju šta je vredno pamćenja

Ilustracija: Shutterstock/Space Wind

Ðerđ Bužaki, profesor neuronauke na Njujorškom univerzitetu, istražuje kako mozak odlučuje šta da pamti. Proučavajući električne obrasce u mozgu, on pokušava da razume kako su naša iskustva predstavljena i sačuvana kao pamćenja, piše Quanta Magazine.

Nove studije sugerišu da mozak označava iskustva kao vredna pamćenja tako što uvek nanovo šalje nagle i intenzivne moždane talase visoke frekvencije. Ovi talasi, pokrenuti paljenjem više hiljada neurona u razmaku od nekoliko milisekundi, liče na vatromet u mozgu. Oni se upale kad mozak sisara odmara – tokom pauze između aktivnosti ili tokom spavanja.

Preporučujemo

Već je poznato da su ti intenzivni talasi uključeni u konsolidaciju pamćenja ili njihovo skladištenje. Novo istraživanje pokazuje da su takođe uključeni u njihovu selekciju – ukazujući na značaj tih talasa u čitavom procesu formiranja dugoročnog pamćenja.

Takođe otkriva neurološke razloge zašto su odmor i san važni za čuvanje informacija. Izgleda da mozak koji odmara i mozak u aktivnom stanju uključuju različite programe: ako spavate sve vreme, nećete formirati pamćenja; ako ste budni sve vreme, ni tada ih nećete formirati. Ako izvodite samo jedan algoritam, nikad nećete ništa naučiti, kaže Bužaki. Moraju postojati pauze – tokom njih se dešavaju vatrometi.

Bužaki se seća kad je prvi put čuo intenzivne moždane talase osluškujući moždanu aktivnost anesteziranih glodara. Bio je navikao na ritmične, melodične oscilacije koje su zvučale kao da budne životinje istražuju okolinu. Nije očekivao iznenadne „udare“ koji su odjeknuli dok su glodari spavali.

Aktivni mozgovi glodara proizvodili su električnu aktivnost koja je oscilirala postojanim ritmom. Kad su uspavani, pak, izgledalo je da njihovi mozgovi neregularno emituju mnogo brže obrasce.

Krajem 1980-ih, istraživači su otkrili da mogu podstaći neurone na snažnije uzajamne veze, povezane sa učenjem i pamćenjem, veštački ih stimulišući da proizvode brze eksplozije. Bužakiju su te eksplozije zvučale kao njegovi talasi. Godine 1989, pretpostavljao je da bi intenzivni talasi mogli biti deo moždanog mehanizma za formiranje i konsolidaciju pamćenja.

U 1990-im i ranim 2000-im, istraživači su iskoristili unapređenu snagu kompjutera i nove instrumente koji su mogli da snimaju električnu aktivnost više od 100 neurona odjednom radi bolje karakterizacije intenzivnih moždanih talasa. Otkriveno je da ovi talasi izgleda reprodukuju moždanu aktivnost povezanu sa iskustvom životinje, poput trčanja kroz lavirint – osim što su talasi reprodukcije oscilirali 10-20 puta brže nego originalni signali.

Jedna studija iz 2002. zaključuje da intenzivni moždani talasi reaktiviraju neku sekvencu neuronske aktivnosti. Studije iz 2009. i 2010. pokazale su da su uključeni u konsolidovanje pamćenja radi dugoročnog očuvanja. Kad bi talasi bili obuzdani, učinak pacova u pogledu pamćenja bio bi slabiji.

Postalo je jasno da ponavljajući talasi učvršćuju pamćenje. Mozak vežba – čak i u trenucima budnog odmora nastavlja sa vežbanjem i reprodukcijom prošlih iskustava. Određeni niz neurona aktivira se radi beleženja nekog iskustva, kao što pijanista pritiska određeni niz dirki. Zatim, tokom spavanja, hipokampus reprodukuje taj niz, ali brže i potencijalno stotinama ili hiljadama puta.

Međutim, niko nije mogao da objasni zašto se talasi šire dok životinja odmara u budnom stanju. Neki naučnici su smatrali da talasi u budnom stanju doprinose planiranju i odlučivanju. Drugi su sugerisali da modifikuju i preraspoređuju pamćenja na neki način.

Još jedna ideja je bila da su reprodukcija dok je životinja budna i reprodukcija tokom sna tesno povezane – i da bi mogle biti mehanizmi putem kojih mozak bira koja iskustva da zapamti.

Istraživači sa Njujorškog univerziteta su uporedili moždanu aktivnost zabeleženu tokom aktivnosti (miševa u lavirintu) sa odgovarajućim talasima koji su došli kasnije. Aktivnosti reprodukovane češće dok su miševi odmarali bile su iste koje su reprodukovane dok su spavali. Aktivnosti, pak, koje nisu reprodukovane dok su miševi bili budni nisu reprodukovane ni tokom spavanja.

Zaključeno je da bi moždani talasi tokom odmora mogli biti mehanizam kojim mozak prioritetizuje iskustva za pamćenje – talasi u budnom stanju označavaju iskustva za dugoročno skladištenje, ona koja nisu označena nisu reprodukovana tokom sna i budu zaboravljena.

Ključna novost u pristupu naučnika sa Njujorškog univerziteta je uključivanje vremenskog elementa, koji razlikuje slična pamćenja. Pokazuju da mozak možda stvara neku vrstu vremenskog koda za razlikovanje iskustava koja su se desila na istom mestu.

Očekuju se eksperimenti koji uključuju bihevioralno testiranje – demonstracija da je neka životinja zaboravila ili zapamtila određene blokove iskustava bila bi „pravi dokaz da je to mehanizam označavanja“.

Istraživanje ne daje odgovor na suštinsko pitanje. Zašto je jedno iskustvo izabrano naspram drugog? Mozak označava izvesno iskustvo da bude zapamćeno, ali ne znamo kako mozak odlučuje šta je vredno pamćenja.

Ponekad se stvari koje pamtimo čine nasumičnim ili nevažnim i drugačijim od onoga što bismo izabrali da nas neko pita. Pošto studije sugerišu da se emocionalna i nova iskustva bolje pamte, moguće je da interne fluktuacije uzbuđenja ili nivoi neuromodulatora kao što su dopamin ili adrenalin i druge hemikalije koje utiču na neurone biraju iskustva.

Unutrašnje stanje organizma može predodrediti koje će iskustvo biti efikasnije zapamćeno, ali nije poznato šta daje prednost jednom iskustvu naspram drugih. Odnosno, nije jasno zašto bi miš pamtio jednu aktivnost bolje nego drugu.

Bužaki i saradnici nastavljaju da izučavaju uloge intenzivnih moždanih talasa u hipokampusu, a takođe ih interesuju potencijalne primene nalaza. Moguće je, na primer, da naučnici poremete te talase u okviru tretmana za stanja poput posttraumatskog stresa, kad se ljudi sećaju nekih iskustava previše živo.

(Telegraf Nauka/Quanta Magazine)