Muistot auttavat aivoja tunnistamaan uusia muistamisen arvoisia tapahtumia | Quanta-lehti

Muistot ovat menneisyyden varjoja, mutta myös taskulamppuja tulevaisuuteen.

Muistomme ohjaavat meitä maailman halki, virittävät huomiomme ja muokkaavat sitä, mitä opimme myöhemmin elämässä. Ihmisillä ja eläimillä tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että muistot voivat muuttaa käsitystämme tulevista tapahtumista ja niille antamaamme huomiota. "Tiedämme, että aikaisempi kokemus muuttaa asioita", sanoi Loren Frank, neurotieteilijä Kalifornian yliopistosta, San Franciscosta. "Miten se tarkalleen tapahtuu, ei ole aina selvää."

Uusi tutkimus julkaistiin lehdessä Tiede ennakot tarjoaa nyt osan vastauksesta. Työskenteleessään etanoiden kanssa tutkijat tutkivat, kuinka vakiintuneet muistot saivat eläimet muodostamaan todennäköisemmin uusia pitkäaikaisia ​​muistoja niihin liittyvistä tulevista tapahtumista, jotka ne olisivat muuten saattaneet jättää huomiotta. Heidän löytämänsä yksinkertainen mekanismi teki tämän muuttamalla etanan käsitystä näistä tapahtumista.

Tutkijat veivät ilmiön, kuinka mennyt oppiminen vaikuttaa tulevaan oppimiseen, "yhdelle solulle", sanoi David Glanzman, solubiologi Kalifornian yliopistosta Los Angelesista, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. Hän kutsui sitä houkuttelevaksi esimerkiksi "yksinkertaisen organismin käyttämisestä yritettäessä ymmärtää käyttäytymisilmiöitä, jotka ovat melko monimutkaisia".

Vaikka etanat ovat melko yksinkertaisia ​​olentoja, uusi näkemys tuo tutkijat askeleen lähemmäksi pitkän aikavälin muistin hermopohjan ymmärtämistä korkeamman asteen eläimillä, kuten ihmisillä.

Vaikka emme usein ole tietoisia haasteesta, pitkän aikavälin muistin muodostuminen on "uskomattoman energinen prosessi", sanoi. Michael Crossley, vanhempi tutkija Sussexin yliopistosta ja uuden tutkimuksen johtava kirjoittaja. Tällaiset muistot riippuvat kestävämpien synaptisten yhteyksien muodostamisesta hermosolujen välille, ja aivosolujen on rekrytoitava paljon molekyylejä tehdäkseen sen. Resurssien säästämiseksi aivojen on siksi kyettävä erottamaan, milloin muistin muodostaminen kannattaa ja milloin ei. Se on totta, olipa kyseessä ihmisen aivot tai "pienen etanan aivot tiukalla energisellä budjetilla", hän sanoi.

Äskettäisessä videopuhelussa Crossley ojensi yhden sellaisen etanan, peukalon kokoisen Lymnaea nilviäinen, jonka aivot hän kutsui "kauniiksi". Vaikka ihmisen aivoissa on 86 miljardia hermosolua, etanalla vain 20,000 10 - mutta jokainen sen hermosolu on XNUMX kertaa suurempi kuin meidän ja paljon helpompi tutkia. Nämä jättiläishermosolut ja niiden hyvin kartoitetut aivopiirit ovat tehneet etanoista neurobiologian tutkimuksen suosikkikohteen.

Pienet ravinnonhakijat ovat myös "huomattavia oppijoita", jotka muistavat jotain sen jälkeen, kun niille on kerran altistunut, Crossley sanoi. Uudessa tutkimuksessa tutkijat katsoivat syvälle etanoiden aivoihin selvittääkseen, mitä tapahtui neurologisella tasolla, kun he hankkivat muistoja.

Muistojen houkutteleminen

Kokeissaan tutkijat antoivat etanoille kaksi koulutusmuotoa: vahva ja heikko. Vahvan harjoittelun aikana etanat ruiskutettiin ensin banaaninmakuisella vedellä, jota etanat pitivät neutraalina sen vetovoimassa: He nielivät osan, mutta sitten sylkivät osan ulos. Sitten joukkue antoi etanoille sokeria, jota he ahmivat innokkaasti.

Kun he testasivat etanoita jopa päivää myöhemmin, etanat osoittivat, että he olivat oppineet yhdistämään banaanin maun sokeriin tuon yhden kokemuksen perusteella. Etanat näyttivät pitävän makua toivottavampana: He olivat paljon halukkaampia nielemään vettä.

Sitä vastoin etanat eivät oppineet tätä positiivista assosiaatiota heikosta harjoittelusta, jossa kookoksella maustettua kylpyä seurasi paljon laimeampi sokeriherkku. Etanat jatkoivat veden nielemistä ja sylkemistä.

Toistaiseksi koe oli pohjimmiltaan etanaversio Pavlovin kuuluisista kuntoutuskokeista, joissa koirat oppivat kuolaamaan kuultuaan kellon äänen. Mutta sitten tutkijat tarkastelivat, mitä tapahtui, kun he antoivat etanoiden voimakkaan harjoittelun banaanimausteella, jota seurasi tunteja myöhemmin heikko koulutus kookosmausteella. Yhtäkkiä myös etanat oppivat heikosta harjoittelusta.

Kun tutkijat vaihtoivat järjestystä ja suorittivat heikon harjoittelun ensin, se ei taaskaan pystynyt välittämään muistia. Etanat muodostivat vielä muiston vahvasta harjoittelusta, mutta sillä ei ollut takautuvasti vahvistavaa vaikutusta aikaisempiin kokemuksiin. Myöskään vahvojen ja heikkojen harjoitusten makujen vaihtamisella ei ollut vaikutusta.

Tutkijat päättelivät, että vahva harjoittelu työnsi etanat "oppimisrikkaaseen" jaksoon, jolloin muistin muodostumisen kynnys oli matalampi, mikä mahdollisti heidän oppimaan asioita, joita heillä ei muuten olisi (kuten maun ja maun välistä heikkoa harjoittelua koskevaa yhteyttä). laimennettu sokeri). Tällainen mekanismi voisi auttaa aivoja ohjaamaan resursseja oppimiseen sopivina aikoina. Ruoka voi tehdä etanoista valppaampia lähistöllä oleville mahdollisille ravinnonlähteille; vaaralliset harjat voivat teroittaa niiden herkkyyttä uhille.

Vaikutus etanoihin oli kuitenkin ohikiitävä. Oppimisrikas jakso kesti vain 30 minuutista neljään tuntiin vahvan harjoittelun jälkeen. Sen jälkeen etanat lakkasivat muodostamasta pitkäaikaisia ​​muistoja heikon harjoituksen aikana, eikä se johtunut siitä, että he olisivat unohtaneet vahvan harjoituksensa - muisto siitä säilyi kuukausia.

Kriittinen ikkuna tehostetun oppimisen kannalta on järkevää, koska jos prosessi ei sammuisi, "se voi olla haitallista eläimelle", Crossley sanoi. Sen lisäksi, että eläin saattaa sijoittaa liikaa resursseja oppimiseen, se voi oppia assosiaatioita, jotka ovat haitallisia sen selviytymiselle.

Muuttuneet käsitykset

Elektrodeilla tutkimalla tutkijat selvittivät, mitä etanan aivoissa tapahtuu, kun se muodostaa harjoituksista pitkäaikaisia ​​muistoja. Aivotoiminnassa tapahtuu kaksi rinnakkaista säätöä. Ensimmäinen koodaa itse muistin. Toinen on "puhtaasti mukana muuttamassa eläimen käsitystä muista tapahtumista", Crossley sanoi. Se "muuttaa tapaa, jolla se näkee maailmaa menneiden kokemustensa perusteella".

He myös havaitsivat, että ne voivat saada aikaan saman muutoksen etanoiden havainnoissa estämällä dopamiinin, sylkemiskäyttäytymisen aktivoivan hermosolun tuottaman aivokemikaalin, vaikutukset. Itse asiassa se sai hermosolun sylkemään ja jätti hermosolun nielemään jatkuvasti. Kokemuksella oli sama siirtymävaikutus kuin vahvalla harjoittelulla aikaisemmissa kokeissa: Tunteja myöhemmin etanat muodostivat pitkäaikaisen muistin heikosta harjoittelusta.

Tutkijat kartoittavat perusteellisesti ja tyylikkäästi prosessin "käyttäytymisestä tämän menneiden ja uusien muistojen välisen vuorovaikutuksen sähköfysiologisiin perusteisiin", sanoi. Pedro Jacob, Oxfordin yliopiston tutkijatohtori, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. "On mielenkiintoista tietää, kuinka mekaanisesti tämä tapahtuu, koska se on todennäköisesti säilynyt eri lajeissa."

Frank ei kuitenkaan ole täysin vakuuttunut siitä, että etanoiden epäonnistuminen nielemään maustettua vettä heikon harjoituksen jälkeen tarkoittaa, että he eivät kantaneet siitä muistia. Hän sanoi, että sinulla voi olla muisti, mutta et toimi sen mukaan, joten eron tekeminen voi vaatia jatkokokeita.

Oppimisen ja muistin takana olevat mekanismit ovat yllättävän samankaltaisia ​​nilviäisissä ja nisäkkäissä, kuten ihmisissä, Glanzman sanoi. Sikäli kuin kirjoittajat tietävät, tätä tarkkaa mekanismia ei ole osoitettu ihmisillä, Crossley sanoi. "Se voi olla laajalti säilynyt ominaisuus, ja siksi se ansaitsee lisähuomiota", hän sanoi.

Olisi mielenkiintoista tutkia, voitaisiinko käsitysmuutoksesta tehdä pysyvämpi, Glanzman sanoi. Hän epäilee, että tämä saattaa olla mahdollista, jos etanoihin annetaan vastenmielinen ärsyke, mikä saa ne sairaaksi sen sijaan, että he pitävät siitä.

Toistaiseksi Crossley ja hänen tiiminsä ovat uteliaita siitä, mitä näiden etanoiden aivoissa tapahtuu, kun ne suorittavat useita käyttäytymismalleja, eivät vain avaa tai sulje suunsa. "Nämä ovat varsin kiehtovia olentoja", Crossley sanoi. "Et todellakaan odota näiden eläinten pystyvän suorittamaan tällaisia ​​monimutkaisia ​​prosesseja."

Toimittajan huomautus: Loren Frank on Simons Foundationin Autism Research Initiativen (SFARI) tutkija. Myös Simons Foundation rahoittaa Quanta toimituksellisesti riippumattomana aikakauslehtenä. Rahoituspäätökset eivät vaikuta kattavuutemme.