Mälestused aitavad ajudel ära tunda uusi sündmusi, mida tasub meenutada | Ajakiri Quanta

Mälestused on mineviku varjud, aga ka taskulambid tulevikuks.

Meie mälestused juhivad meid läbi maailma, häälestavad meie tähelepanu ja kujundavad hilisemas elus õpitut. Inimeste ja loomade uuringud on näidanud, et mälestused võivad muuta meie ettekujutust tulevastest sündmustest ja neile pööratavat tähelepanu. "Me teame, et varasem kogemus muudab asju," ütles Loren Frank, San Francisco California ülikooli neuroteadlane. "Kuidas see täpselt juhtub, pole alati selge."

Ajakirjas avaldatud uus uuring Teadus ettemaksed pakub nüüd osa vastusest. Tigudega töötades uurisid teadlased, kuidas väljakujunenud mälestused muutsid loomadel tõenäolisemalt uusi pikaajalisi mälestusi seotud tulevastest sündmustest, mida nad muidu oleks võinud ignoreerida. Lihtne mehhanism, mille nad avastasid, tegi seda, muutes teo ettekujutust nendest sündmustest.

Teadlased võtsid nähtuse, kuidas minevikuõpe mõjutab tulevast õppimist, "ühe rakuni", ütlesid David Glanzman, Los Angelese California ülikooli rakubioloog, kes ei osalenud uuringus. Ta nimetas seda atraktiivseks näiteks "lihtsa organismi kasutamisest, et püüda mõista üsna keerukaid käitumisnähtusi".

Kuigi teod on üsna lihtsad olendid, toob uus arusaam teadlasi sammu võrra lähemale kõrgema järgu loomade, näiteks inimeste, pikaajalise mälu neuraalse aluse mõistmisele.

Kuigi me ei ole sageli väljakutsest teadlikud, on pikaajaline mälu kujunemine "uskumatult energiline protsess", ütles. Michael Crossley, Sussexi ülikooli vanemteadur ja uue uuringu juhtiv autor. Sellised mälestused sõltuvad sellest, kas me loome neuronite vahel vastupidavamaid sünaptilisi ühendusi ja ajurakud peavad selleks värbama palju molekule. Ressursside säästmiseks peab aju seetõttu suutma eristada, millal tasub mälu moodustamiseks kulutada ja millal mitte. See on tõsi, olenemata sellest, kas see on inimese aju või "väikese teo aju, kellel on pingeline eelarve," ütles ta.

Hiljutises videokõnes ulatas Crossley ühe sellise pöidlasuuruse teo Lymnaea ajuga mollusk, keda ta nimetas "ilusaks". Kui inimese ajus on 86 miljardit neuronit, siis teol vaid 20,000 10 – kuid kõik selle neuronid on meie omast XNUMX korda suuremad ja uurimiseks palju paremini ligipääsetavad. Need hiiglaslikud neuronid ja nende hästi kaardistatud ajuahelad on muutnud teod neurobioloogiauuringute lemmikobjektiks.

Pisikesed söödaotsijad on ka "tähelepanuväärsed õppijad", kes mäletavad midagi pärast ühekordset kokkupuudet sellega, ütles Crossley. Uues uuringus uurisid teadlased sügavale tigude ajju, et välja selgitada, mis juhtus neuroloogilisel tasandil, kui nad mälestusi omandasid.

Mälestuste meelitamine

Oma katsetes andsid teadlased tigudele kaks treeningvormi: tugev ja nõrk. Tugeva treeningu ajal piserdasid nad esmalt tigusid banaanimaitselise veega, mida teod pidasid oma veetluses neutraalseks: nad neelasid osa alla, kuid sülitasid osa sellest välja. Seejärel andis meeskond tigudele suhkrut, mida nad agaralt ahmisid.

Kui nad katsetasid tigusid nii palju kui päev hiljem, näitasid teod, et nad olid selle ainsa kogemuse põhjal õppinud seostama banaani maitset suhkruga. Tundub, et teod tajusid maitset soovitavamana: nad olid palju rohkem valmis vett alla neelama.

Seevastu teod ei õppinud seda positiivset seost nõrgast treeningust, kus kookospähkliga maitsestatud vannile järgnes palju lahjendatud suhkruga maius. Teod jätkasid nii vee neelamist kui ka sülitamist.

Seni oli katse sisuliselt tiguversioon Pavlovi kuulsatest konditsioneerimiskatsetest, mille käigus koerad õppisid kellukese häält kuuldes sulistama. Kuid siis uurisid teadlased, mis juhtus, kui nad andsid tigudele tugeva treeningu banaanimaitsega, millele järgnes tundide pärast nõrk kookosemaitseline treening. Järsku õppisid ka teod nõrgast treeningust.

Kui teadlased järjekorda vahetasid ja esmalt nõrga treeningu tegid, ei suutnud see jällegi mälu anda. Teod jäid endiselt meelde tugevast treeningust, kuid see ei avaldanud varasemale kogemusele tagasiulatuvalt tugevdavat mõju. Tugevatel ja nõrkadel treeningutel kasutatud maitsete vahetamine samuti ei mõjunud.

Teadlased jõudsid järeldusele, et tugev väljaõpe surus teod „õppimisrikkasse” perioodi, kus mälu kujunemise lävi oli madalam, võimaldades neil õppida asju, mida neil muidu ei oleks (nt nõrk treeniv seos maitse ja maitse vahel lahjendatud suhkur). Selline mehhanism võib aidata ajul suunata ressursse õppimisele sobival ajal. Toit võib muuta teod läheduses asuvate võimalike toiduallikate suhtes tähelepanelikumaks; ohtlikud harjad võivad nende tundlikkust ohtude suhtes teravdada.

Mõju tigudele oli aga üürike. Õppimisrikas periood kestis peale tugevat treeningut vaid 30 minutit kuni neli tundi. Pärast seda lõpetasid teod nõrga treeningu ajal pikaajaliste mälestuste moodustamise ja see ei olnud tingitud sellest, et nad olid oma tugeva treeningu unustanud - mälestus sellest püsis kuid.

Kriitilise akna omamine täiustatud õppimiseks on mõttekas, sest kui protsess ei lülitu välja, "võib see olla loomale kahjulik," ütles Crossley. Loom võib mitte ainult investeerida õppimisse liiga palju ressursse, vaid ka õppida tema ellujäämisele kahjulikke seoseid.

Muutunud arusaamad

Elektroodidega sondeerides selgitasid teadlased välja, mis juhtub teo ajus, kui see moodustab treeningutest pikaajalisi mälestusi. Ajutegevuses toimub kaks paralleelset nippi. Esimene kodeerib mälu ennast. Teine on "puhtalt seotud looma taju muutmisega muudest sündmustest," ütles Crossley. See "muudab viisi, kuidas ta oma varasemate kogemuste põhjal maailma vaatab."

Samuti leidsid nad, et nad võivad esile kutsuda samasuguse nihke tigude tajumises, blokeerides dopamiini, aju kemikaali, mida toodab neuron, mis aktiveeris sülitamist, mõju. Tegelikult lülitas see neuroni välja sülitama ja jättis neuroni pidevaks neelamiseks. Kogemusel oli sama edasikanduv mõju, mis tugeval treeningul eelmistes katsetes: tunde hiljem moodustasid teod nõrga treeningu kohta pikaajalise mälu.

Teadlased kaardistavad põhjalikult ja elegantselt protsessi "käitumisest kuni selle mineviku ja uute mälestuste vahelise interaktsiooni elektrofüsioloogiliste alusteni", ütlesid. Pedro Jacob, Oxfordi ülikooli järeldoktor, kes ei osalenud uuringus. "Teadmised selle kohta, kui mehaaniliselt see juhtub, on huvitav, sest see on tõenäoliselt säilinud liikide lõikes."

Frank pole aga täielikult veendunud, et tigude suutmatus maitsevett pärast nõrka treeningut alla neelata tähendab, et nad ei jätnud sellest mälestust. Ta ütles, et teil võib olla mälu, kuid mitte selle järgi tegutseda, nii et selle eristamiseks võib olla vaja järelkatseid.

Glanzman ütles, et õppimise ja mälu taga olevad mehhanismid on molluskitel ja imetajatel, näiteks inimestel, üllatavalt sarnased. Niipalju kui autorid teavad, pole seda täpset mehhanismi inimestel näidatud, ütles Crossley. "See võib olla laias laastus konserveeritud omadus ja seetõttu väärib see täiendavat tähelepanu," ütles ta.

Huvitav oleks uurida, kas taju nihet saaks muuta püsivamaks, ütles Glanzman. Ta kahtlustab, et see võib olla võimalik, kui tigudele antakse vastumeelne stiimul, mis teeb nad haigeks selle asemel, mis neile meeldib.

Praegu on Crossley ja tema meeskond uudishimulik, mis juhtub nende tigude ajus, kui nad sooritavad mitut käitumist, mitte ainult suud avavad või sulgevad. "Need on üsna põnevad olendid," ütles Crossley. "Te ei oota, et need loomad suudaksid selliseid keerulisi protsesse teha."

Toimetaja märkus: Loren Frank on Simonsi fondi autismiuuringute algatuse (SFARI) uurija. Rahastab ka Simonsi fond Quanta toimetuse poolest sõltumatu ajakirjana. Rahastamisotsused ei mõjuta meie katvust.