Az emlékek segítenek az agyaknak felismerni az új eseményeket, amelyekre érdemes emlékezni | Quanta Magazin

Az emlékek a múlt árnyékai, de egyben a jövő elemei is.

Emlékeink végigvezetnek minket a világon, ráhangolják figyelmünket, és formálják a későbbi életünk során tanultakat. Emberi és állatkísérletek kimutatták, hogy az emlékek megváltoztathatják a jövőbeli eseményekről alkotott képünket és a rájuk fordított figyelmet. „Tudjuk, hogy a múltbeli tapasztalatok megváltoztatják a dolgokat” – mondta Loren Frank, a San Francisco-i Kaliforniai Egyetem idegkutatója. – Hogy ez pontosan hogyan történik, az nem mindig világos.

Új tanulmány jelent meg a folyóiratban Tudomány előlegek most a válasz egy részét kínálja. Csigákkal dolgozva a kutatók azt vizsgálták, hogy a kialakult emlékek hogyan késztették az állatokat arra, hogy új, hosszú távú emlékeket alkossanak a kapcsolódó jövőbeli eseményekről, amelyeket egyébként figyelmen kívül hagyhattak volna. Az általuk felfedezett egyszerű mechanizmus ezt úgy tette, hogy megváltoztatta a csiga észlelését ezekről az eseményekről.

A kutatók azt a jelenséget, hogy a múltbeli tanulás hogyan befolyásolja a jövőbeli tanulást, „egyetlen sejtig” vették figyelembe David Glanzman, a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem sejtbiológusa, aki nem vett részt a vizsgálatban. Vonzó példának nevezte, hogy „egy egyszerű organizmus segítségével megpróbáljuk megérteni a meglehetősen összetett viselkedési jelenségeket”.

Bár a csigák meglehetősen egyszerű lények, az új felismerés egy lépéssel közelebb hozza a tudósokat a hosszú távú memória idegrendszeri alapjainak megértéséhez a magasabb rendű állatok, például az emberek esetében.

Bár gyakran nem vagyunk tudatában a kihívásnak, a hosszú távú memória kialakulása „hihetetlenül energikus folyamat” – mondta. Michael Crossley, a Sussexi Egyetem tudományos főmunkatársa és az új tanulmány vezető szerzője. Az ilyen emlékek attól függnek, hogy tartósabb szinaptikus kapcsolatokat hozzunk létre az idegsejtek között, és az agysejteknek ehhez sok molekulát kell toborozniuk. Az erőforrások kímélése érdekében az agynak meg kell tudnia különböztetni, hogy mikor éri meg a memória kialakítása, és mikor nem. Ez igaz, akár egy ember agyáról van szó, akár egy „kis csiga agyáról, szűkös energiaköltségvetésről” – mondta.

Egy közelmúltbeli videohívás során Crossley kinyújtott egy ilyen, hüvelykujjnyi csigát Lymnaea puhatestű, amelynek agya „gyönyörűnek” nevezett. Míg az emberi agyban 86 milliárd neuron van, addig a csigáé csak 20,000 10 – de mindegyik neuronja XNUMX-szer nagyobb, mint a miénk, és sokkal könnyebben hozzáférhető a tanulmányozáshoz. Ezek az óriási neuronok és jól feltérképezett agyi áramköreik a csigákat a neurobiológiai kutatások kedvenc tárgyává tették.

Az apró takarmányozók is „figyelemreméltó tanulók”, akik egyszeri érintkezés után is emlékeznek valamire – mondta Crossley. Az új tanulmányban a kutatók mélyen bekukkantottak a csigák agyába, hogy rájöjjenek, mi történt neurológiai szinten, amikor emlékeket szereztek.

Emlékek ingerlése

Kísérleteik során a kutatók kétféle edzést adtak a csigáknak: erős és gyenge. Az erős edzés során először banánízű vízzel permetezték be a csigákat, amit a csigák semlegesnek tekintettek vonzerejében: valamennyit lenyeltek, de aztán kiköptek belőle. Aztán a csapat cukrot adott a csigáknak, amit mohón zabáltak.

Amikor egy nappal később tesztelték a csigákat, a csigák azt mutatták, hogy ebből az egyetlen tapasztalatból megtanulták társítani a banán ízét a cukorral. Úgy tűnt, hogy a csigák kívánatosabbnak érezték az ízt: sokkal szívesebben nyelték le a vizet.

Ezzel szemben a csigák ezt a pozitív asszociációt nem egy gyenge edzésen tanulták meg, amelyben a kókuszos fürdőt egy sokkal hígabb cukros csemege követte. A csigák továbbra is nyelték és köpték ki a vizet.

Eddig a kísérlet lényegében Pavlov híres kondicionáló kísérleteinek csigaváltozata volt, amelyben a kutyák megtanultak nyáladni, amikor meghallották a csengő hangját. De aztán a tudósok megvizsgálták, mi történt, amikor a csigáknak erős edzést adtak banán ízesítéssel, majd órákkal később egy gyenge edzést kókusz ízesítéssel. Hirtelen a csigák is tanultak a gyenge edzésből.

Amikor a kutatók megváltoztatták a sorrendet, és először elvégezték a gyenge edzést, az ismét nem tudott emlékezni. A csigák még az erős edzés emlékét alkották, de ez nem volt visszamenőlegesen erősítő hatással a korábbi tapasztalatokra. Az erős és gyenge edzéseken használt ízek felcserélése szintén nem járt eredménnyel.

A tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy az erős képzés egy „tanulásban gazdag” időszakba taszította a csigákat, amelyben alacsonyabb volt a memória kialakulásának küszöbe, lehetővé téve számukra, hogy olyan dolgokat tanuljanak meg, amelyekre egyébként nem lennének képesek (például az íz és az ízek közötti gyenge edzési kapcsolatra). híg cukor). Egy ilyen mechanizmus segíthet az agynak, hogy megfelelő időben a tanulás felé irányítsa az erőforrásokat. A táplálék éberbbé teheti a csigákat a közeli lehetséges táplálékforrásokra; a veszélyt rejtő kefék fokozhatják a fenyegetésekre való érzékenységüket.

A csigákra gyakorolt ​​hatás azonban múlékony volt. A tanulásban gazdag időszak csak 30 perctől négy óráig tartott az erős edzés után. Ezt követően a csigák nem alkottak hosszú távú emlékeket a gyenge edzés során, és nem azért, mert elfelejtették az erős edzést – ennek emléke hónapokig megmaradt.

A továbbfejlesztett tanulás kritikus ablakának megléte ésszerű, mert ha a folyamat nem kapcsol le, „az káros lehet az állatra” – mondta Crossley. Az állat ekkor nemcsak túl sok erőforrást fektet be a tanulásba, hanem a túlélése szempontjából káros asszociációkat is megtanulhat.

Megváltozott felfogás

Elektródákkal végzett szondázással a kutatók rájöttek, mi történik egy csiga agyában, amikor hosszú távú emlékeket formál az edzésekről. Két párhuzamos csípés történik az agyi tevékenységben. Az első magát a memóriát kódolja. A második „pusztán abban játszik szerepet, hogy megváltoztassa az állat más eseményekről alkotott felfogását” – mondta Crossley. „Múltbeli tapasztalatai alapján megváltoztatja azt a módot, ahogyan a világot nézi”.

Azt is megállapították, hogy ugyanezt az eltolódást indukálhatják a csigák észlelésében a dopamin, a köpködést aktiváló idegsejt által termelt agyi kémiai hatás blokkolásával. Gyakorlatilag ez kikapcsolta a neuront a köpéshez, és az idegsejt folyamatosan bekapcsolva hagyta a nyelést. A tapasztalatnak ugyanaz volt az átvivő hatása, mint az erős edzésnek az előző kísérletekben: Órákkal később a csigák hosszú távú emléket alkottak a gyenge edzésről.

A kutatók alaposan és elegánsan feltérképezik a folyamatot „a viselkedéstől a múlt és az új emlékek közötti kölcsönhatás elektrofiziológiai alapjaiig” – mondta. Pedro Jacob, az Oxfordi Egyetem posztdoktori ösztöndíjasa, aki nem vett részt a vizsgálatban. "Érdekes annak ismerete, hogy ez milyen mechanikusan történik, mert valószínűleg több faj is megőrződött."

Frank azonban nincs teljesen meggyőződve arról, hogy az, hogy a csigák a gyenge edzés után nem nyelték le az ízesített vizet, azt jelenti, hogy nem is emlékeztek róla. Lehet, hogy van emléke, de nem cselekszik aszerint, mondta, így ennek a megkülönböztetésnek az elvégzése nyomon követési kísérleteket igényelhet.

Glanzman szerint a tanulás és a memória mögött meghúzódó mechanizmusok meglepően hasonlóak puhatestűeknél és emlősöknél, például embernél. A szerzők tudomása szerint ezt a pontos mechanizmust nem mutatták ki embereknél, mondta Crossley. "Lehet, hogy ez egy széles körben megőrzött tulajdonság, és ezért további figyelmet érdemel" - mondta.

Érdekes lenne megvizsgálni, hogy az észlelésben bekövetkezett eltolódás tartósabbá tehető-e, mondta Glanzman. Azt gyanítja, hogy ez lehetséges lehet, ha a csigák averzív ingert kapnak, valami olyasmit, amitől megbetegednek, ahelyett, hogy valami tetszik nekik.

Crossley és csapata egyelőre arra kíváncsi, mi történik ezeknek a csigáknak az agyában, amikor többféle viselkedést is végrehajtanak, nem csak kinyitják vagy becsukják a szájukat. „Ezek egészen lenyűgöző lények” – mondta Crossley. "Nem igazán számít arra, hogy ezek az állatok képesek legyenek ilyen összetett folyamatokra."

A szerkesztő megjegyzése: Loren Frank a Simons Foundation Autism Research Initiative (SFARI) kutatója. A Simons Alapítvány is finanszíroz Quanta szerkesztőileg független folyóiratként. A finanszírozási döntések nem befolyásolják fedezetünket.