خاطرات به مغز کمک می کند تا رویدادهای جدیدی را که ارزش به خاطر سپردن دارد را تشخیص دهد | مجله کوانتا

خاطرات سایه هایی از گذشته هستند اما چراغ قوه هایی برای آینده هستند.

خاطرات ما ما را در سراسر جهان راهنمایی می کنند، توجه ما را متمرکز می کنند و آنچه را که بعداً در زندگی یاد می گیریم شکل می دهند. مطالعات انسانی و حیوانی نشان داده‌اند که خاطرات می‌توانند ادراک ما را از رویدادهای آینده و توجهی که به آن‌ها می‌کنیم تغییر دهند. گفت: "ما می دانیم که تجربه گذشته چیزها را تغییر می دهد." لورن فرانک، یک عصب شناس در دانشگاه کالیفرنیا، سانفرانسیسکو. "این که دقیقا چگونه اتفاق می افتد همیشه روشن نیست."

یک مطالعه جدید منتشر شده در مجله با پیشرفتهای علمی اکنون بخشی از پاسخ را ارائه می دهد. با کار با حلزون ها، محققان بررسی کردند که چگونه خاطرات تثبیت شده باعث می شود حیوانات به خاطرات بلندمدت جدیدی از رویدادهای مرتبط آینده که در غیر این صورت ممکن است نادیده گرفته می شدند، بیشتر بسازند. مکانیسم ساده ای که آنها کشف کردند این کار را با تغییر درک یک حلزون از آن رویدادها انجام داد.

محققان می‌گویند که چگونه یادگیری گذشته بر یادگیری آینده تأثیر می‌گذارد «به یک سلول واحد» تبدیل شده است دیوید گلنزمن، زیست شناس سلولی در دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس که در این مطالعه شرکت نداشت. او آن را نمونه ای جذاب از استفاده از یک موجود زنده ساده برای درک پدیده های رفتاری که نسبتاً پیچیده هستند نامید.

اگرچه حلزون ها موجودات نسبتاً ساده ای هستند، اما بینش جدید دانشمندان را یک قدم به درک پایه عصبی حافظه بلندمدت در حیوانات درجه بالاتر مانند انسان نزدیک تر می کند.

اگرچه ما اغلب از این چالش آگاه نیستیم، اما شکل گیری حافظه بلندمدت "یک فرآیند فوق العاده پر انرژی است." مایکل کراسلی، محقق ارشد دانشگاه ساسکس و نویسنده اصلی مطالعه جدید. چنین خاطراتی به ایجاد ارتباطات سیناپسی بادوام‌تر بین نورون‌ها بستگی دارد و سلول‌های مغز برای انجام این کار نیاز به جذب مولکول‌های زیادی دارند. بنابراین، برای حفظ منابع، مغز باید بتواند تشخیص دهد که چه زمانی ارزش هزینه‌ای برای تشکیل یک حافظه دارد و چه زمانی ارزش آن را ندارد. او گفت که این درست است چه مغز یک انسان باشد و چه مغز یک «حلزون کوچک با بودجه کم انرژی».

در یک تماس ویدیویی اخیر، کراسلی یکی از این حلزون ها را به اندازه انگشت شست دراز کرد Lymnaea نرم تن با مغزی که او آن را "زیبا" نامید. در حالی که مغز انسان 86 میلیارد نورون دارد، مغز حلزون تنها 20,000 نورون دارد - اما هر یک از نورون های آن 10 برابر بزرگتر از مغز ما هستند و برای مطالعه بسیار در دسترس هستند. آن نورون‌های غول‌پیکر و مدارهای مغزی که به خوبی نقشه‌برداری شده‌اند، حلزون‌ها را به موضوعی مورد علاقه برای تحقیقات نوروبیولوژی تبدیل کرده‌اند.

کراسلی گفت که علوفه جویان کوچک همچنین "یادگیرندگان قابل توجه" هستند که می توانند چیزی را پس از یک بار قرار گرفتن در معرض آن به خاطر بسپارند. در مطالعه جدید، محققان به عمق مغز حلزون‌ها نگاه کردند تا بفهمند که در سطح عصبی چه اتفاقی می‌افتد، زمانی که آنها در حال کسب خاطرات بودند.

خاطرات جذاب

در آزمایش‌های خود، محققان به حلزون‌ها دو نوع آموزش دادند: قوی و ضعیف. در طول تمرین قوی، آنها ابتدا حلزون ها را با آب طعم موز اسپری کردند، که حلزون ها از نظر جذابیت آن را خنثی می دانستند: آنها مقداری را می بلعیدند اما بعد مقداری از آن را تف می کردند. سپس تیم به حلزون ها شکر داد که با مشتاقانه آن را بلعیدند.

هنگامی که آنها حلزون ها را به اندازه یک روز بعد آزمایش کردند، حلزون ها نشان دادند که از همان تجربه یاد گرفته اند که طعم موز را با شکر مرتبط کنند. به نظر می‌رسید که حلزون‌ها طعم آن را مطلوب‌تر می‌دانستند: آنها بسیار مایل بودند که آب را ببلعند.

در مقابل، حلزون‌ها این ارتباط مثبت را از یک جلسه تمرینی ضعیف، که در آن حمام با طعم نارگیل همراه با شکر بسیار رقیق‌تر همراه بود، یاد نگرفتند. حلزون ها هم به قورت دادن و هم تف کردن آب ادامه دادند.

تاکنون، این آزمایش اساساً نسخه حلزونی از آزمایش‌های شرطی‌سازی معروف پاولوف بود که در آن سگ‌ها با شنیدن صدای زنگ آب دهانشان را یاد می‌گرفتند. اما سپس دانشمندان به آنچه روی داد زمانی که به حلزون ها یک تمرین قوی با طعم موز دادند و چند ساعت بعد با تمرین ضعیف با طعم نارگیل به حلزون ها دادند، نگاه کردند. ناگهان حلزون ها نیز از آموزش ضعیف یاد گرفتند.

هنگامی که محققان دستور را تغییر دادند و ابتدا آموزش ضعیف را انجام دادند، دوباره نتوانست خاطره ای را منتقل کند. حلزون ها همچنان خاطره ای از تمرینات قوی را تشکیل می دادند، اما این تمرین اثر تقویت کننده ماسبق بر تجربه قبلی نداشت. تعویض طعم های استفاده شده در تمرینات قوی و ضعیف نیز تاثیری نداشت.

دانشمندان به این نتیجه رسیدند که آموزش قوی حلزون ها را به دوره ای «غنی از یادگیری» سوق داد که در آن آستانه شکل گیری حافظه پایین تر بود و آنها را قادر می ساخت چیزهایی را بیاموزند که در غیر این صورت نمی توانستند بیاموزند (مانند ارتباط ضعیف تمرینی بین طعم و مزه و شکر رقیق). چنین مکانیزمی می تواند به مغز کمک کند تا منابع را در زمان های مناسب به سمت یادگیری هدایت کند. غذا می‌تواند حلزون‌ها را نسبت به منابع غذایی بالقوه اطراف هوشیارتر کند. برس های خطرناک می توانند حساسیت آنها را نسبت به تهدیدات افزایش دهند.

با این حال، تاثیر بر حلزون ها زودگذر بود. دوره غنی از یادگیری تنها 30 دقیقه تا چهار ساعت پس از تمرین قوی ادامه داشت. پس از آن، حلزون‌ها در طول جلسه تمرین ضعیف، از تشکیل خاطرات طولانی‌مدت خودداری کردند، و این به این دلیل نبود که تمرینات قوی خود را فراموش کرده بودند - خاطره آن برای ماه‌ها باقی ماند.

کراسلی گفت: داشتن یک پنجره حیاتی برای یادگیری پیشرفته منطقی است زیرا اگر این فرآیند خاموش نشود، "این می تواند برای حیوان مضر باشد." نه تنها ممکن است حیوان منابع زیادی را برای یادگیری سرمایه گذاری کند، بلکه می تواند تداعی هایی را بیاموزد که برای بقای خود مضر هستند.

ادراکات تغییر یافته

محققان با کاوش با الکترودها متوجه شدند که در مغز حلزون چه اتفاقی می افتد زمانی که خاطرات طولانی مدت از تمرینات شکل می گیرد. دو تغییر موازی در فعالیت مغز رخ می دهد. اولی خود حافظه را رمزگذاری می کند. کراسلی گفت که مورد دوم "صرفاً در تغییر درک حیوان از رویدادهای دیگر نقش دارد". "نگاهی را که به جهان بر اساس تجربیات گذشته خود می بیند، تغییر می دهد."

آنها همچنین دریافتند که می توانند با مسدود کردن اثرات دوپامین، ماده شیمیایی مغز تولید شده توسط نورونی که رفتار تف کردن را فعال می کند، همین تغییر را در ادراک حلزون ها ایجاد کنند. در واقع، نورون را برای تف کردن تبدیل کرد و نورون را برای بلع مداوم روشن کرد. این تجربه همان اثر انتقالی را داشت که تمرین قوی در آزمایش‌های قبلی انجام داد: ساعت‌ها بعد، حلزون‌ها حافظه بلندمدتی از تمرین ضعیف ایجاد کردند.

محققان به طور کامل و با ظرافت این روند را از «رفتار تا زیربنای الکتروفیزیولوژیکی این تعامل بین خاطرات گذشته و جدید» ترسیم کردند. پدرو جیکوب، یک دانشجوی فوق دکتری در دانشگاه آکسفورد که در این مطالعه شرکت نداشت. "دانستن از چگونگی مکانیکی این اتفاق جالب است زیرا احتمالاً در بین گونه ها حفظ شده است."

با این حال، فرانک کاملاً متقاعد نشده است که شکست حلزون‌ها در خوردن آب طعم‌دار پس از تمرین ضعیف به این معنی است که آنها هیچ خاطره‌ای از آن ندارند. او گفت که شما می توانید حافظه داشته باشید اما بر اساس آن عمل نکنید، بنابراین ایجاد این تمایز ممکن است به آزمایش های بعدی نیاز داشته باشد.

گلانزمن گفت که مکانیسم های پشت یادگیری و حافظه به طرز شگفت انگیزی در نرم تنان و پستاندارانی مانند انسان مشابه است. کراسلی گفت تا آنجا که نویسندگان می دانند، این مکانیسم دقیق در انسان نشان داده نشده است. او گفت: «ممکن است این یک ویژگی به طور گسترده حفظ شده باشد و در نتیجه سزاوار توجه بیشتر باشد.

گلانزمن گفت، مطالعه اینکه آیا تغییر در ادراک می‌تواند دائمی‌تر شود، جالب خواهد بود. او مشکوک است که اگر به حلزون ها یک محرک بد داده شود، این ممکن است امکان پذیر باشد، چیزی که آنها را به جای چیزی که دوست دارند، بیمار می کند.

در حال حاضر، کراسلی و تیمش کنجکاو هستند که ببینند وقتی این حلزون‌ها رفتارهای متعددی انجام می‌دهند، چه اتفاقی در مغز این حلزون‌ها می‌افتد، نه اینکه فقط دهانشان را باز یا ببندند. کراسلی گفت: «اینها موجودات کاملاً جذابی هستند. "شما واقعاً انتظار ندارید که این حیوانات بتوانند این نوع فرآیندهای پیچیده را انجام دهند."

یادداشت سردبیر: لورن فرانک محقق ابتکار تحقیقات اوتیسم بنیاد سیمونز (SFARI) است. بنیاد سیمونز نیز کمک مالی می کند کوانتوم به عنوان یک مجله مستقل از نظر تحریریه. تصمیمات تامین مالی هیچ تاثیری بر پوشش ما ندارد.