W jaki sposób mózg buduje wspomnienia? Badanie pokazuje nieoczekiwane procesy

Najnowsze odkrycia naukowców z Columbia University pokazują, w jaki sposób mózg, a dokładnie hipokamp, buduje nasze wspomnienia. Naukowcy mają nadzieję na lepsze zrozumienie zaburzeń pamięci, związanych z lękiem i stresem, jakie zdarzają się podczas ataków paniki czy stresu pourazowego, gdy zwykłe z pozoru zdarzenie wywołuje przez wiele lat nadmierną reakcję emocjonalną.

Najnowsze odkrycie dotyczy sposobu budowania pamięci asocjacyjnej. Wydaje się, że mózg znalazł sposób na skuteczne oszczędzanie energii.

- W procesie uczenia się, polegającym na łączeniu dwóch zdarzeń występujących w pewnym oddaleniu czasowym, wynoszącym od 10 do 30 sekund, najważniejszą rolę pełni hipokamp - piszą naukowcy w najnowszym artykule opublikowanym na łamach czasopisma "Neuron". - Jest to mechanizm kluczowy dla przetrwania, gdy - dla przykładu - dany dźwięk zostaje trwale połączony w mózgu ze świadomością niebezpieczeństwa.

Do tej pory nie było jednak jasne, w jaki sposób dokładnie dochodzi do zapamiętywania zdarzeń rozdzielonych w czasie. Teraz badacze z Columbia University w Nowym Jorku odkryli jedną z tajemnic mózgu. Badania przeprowadzone na myszach umożliwiły naukowcom "zobaczenie" złożonych działań, prowadzonych przez mózg w trakcie procesu tworzenia pamięci asocjacyjnej (skojarzeniowej).

Do zbadania aktywności hipokampa posłużyły myszy

Zaczęło się od badań, które udowodniły, że zakłócenia czy zniszczenia w mózgu w obszarze zwanym hipokampem, zaburzają pamięć o zdarzeniach oddzielonych dziesiątkami sekund.

Teraz na potrzeby eksperymentu nauczono zwierzęta łączyć neutralny dźwięk z pojawiającym się kilkanaście sekund później nieprzyjemnym podmuchem powietrza. Obserwowano przy tym aktywność hipokampa przy pomocy zaawansowanych technologii, takich jak mikroskopia dwufotonowa (jedna z odmian mikroskopii fluorescencyjnej) i funkcjonalne obrazowanie wapnia. To pozwoliło naukowcom zobaczyć aktywność neuronów w mózgach myszy, w części hipokampowej, przez wiele dni.

Następnie wykorzystano potężne narzędzia matematyczne do analizy ogromnej liczby danych. A potem naukowców spotkała niespodzianka.

Zobacz wideo Anatomia człowieka: szyszynka

Zamiast stale komunikować się ze sobą, neurony oszczędzają energię

- Spodziewaliśmy się powtarzalnej, ciągłej aktywności neuronów w ciągu piętnastosekundowej przerwy, oddzielającej dwa bodźce, czyli dźwięk i podmuch powietrza, myśląc że to wtedy mózg tworzy odpowiednie połączenia, a więc zapamiętuje wydarzenia. Ale kiedy zaczęliśmy analizować dane, nie zauważyliśmy w tym czasie takiej aktywności - powiedział dr Stefano Fusi, współautor badania.

- Zamiast tego naukowcy widzieli tylko niewielką, pozornie przypadkową aktywność niewielkiej liczby neuronów, a nie ciągły ruch jaki obserwuje się przy, na przykład, zapamiętywaniu numeru telefonu - czytamy w artykule.

Naukowcom udało się jednak rozszyfrować wzorzec. Uważają, że neurony, zamiast tracić energię na aktywność elektryczną komórek przez cały czas, na stałe komunikowanie się między sobą, oszczędzają ją, a robią to - jak domyślają się naukowcy - przez kodowanie zapamiętywanych informacji w synapsach łączących komórki nerwowe.

- Ucieszyliśmy się, że mózg nie utrzymuje stałej aktywności przez te sekundy pomiędzy zdarzeniami, ponieważ z punktu widzenia metabolizmu nie jest to najefektywniejszy sposób przechowywania informacji - mówi dr Fusi. - Mózg wydaje się mieć bardziej wydajny sposób budowania pamięci skojarzeniowej, co - jak podejrzewamy - może obejmować zmianę siły synaps - dodaje dr Fusi.

Autorami badań są naukowcy z Columbia Zuckerman Institute. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Neuron w artykule zatytułowanym "Reorganizacja sieci hipokampa leży u podstaw tworzenia czasowej pamięci asocjacyjnej".

Źródła: MedicalXpress.com, Neuron.comColumbia Iniversity