זיכרונות עוזרים למוח לזהות אירועים חדשים שכדאי לזכור | מגזין קוונטה

זיכרונות הם צללים של העבר אבל גם פנסים לעתיד.

הזיכרונות שלנו מנחים אותנו בעולם, מכוונים את תשומת הלב שלנו ומעצבים את מה שאנחנו לומדים בהמשך החיים. מחקרים בבני אדם ובבעלי חיים הראו שזיכרונות יכולים לשנות את התפיסה שלנו לגבי אירועים עתידיים ואת תשומת הלב שאנו נותנים להם. "אנחנו יודעים שניסיון העבר משנה דברים", אמר לורן פרנק, מדען מוח באוניברסיטת קליפורניה, סן פרנסיסקו. "איך בדיוק זה קורה לא תמיד ברור."

מחקר חדש שפורסם בכתב העת התקדמות מדע מציע כעת חלק מהתשובה. בעבודה עם חלזונות, החוקרים בדקו כיצד זיכרונות מבוססים גרמו לבעלי החיים ליצור זיכרונות חדשים ארוכי טווח של אירועים עתידיים קשורים, שאם לא כן, הם עלולים להתעלם מהם. המנגנון הפשוט שגילו עשה זאת על ידי שינוי תפיסת החילזון של האירועים הללו.

החוקרים לקחו את התופעה של האופן שבו למידה בעבר משפיעה על למידה עתידית "עד לתא בודד", אמרו דוד גלנצמן, ביולוג תאים באוניברסיטת קליפורניה, לוס אנג'לס שלא היה מעורב במחקר. הוא כינה זאת דוגמה מושכת "לשימוש באורגניזם פשוט כדי לנסות להבין תופעות התנהגותיות מורכבות למדי".

למרות שחלזונות הם יצורים פשוטים למדי, התובנה החדשה מקרבת את המדענים צעד נוסף להבנת הבסיס העצבי של זיכרון לטווח ארוך בבעלי חיים מסדר גבוה יותר כמו בני אדם.

למרות שלעתים קרובות איננו מודעים לאתגר, היווצרות זיכרון לטווח ארוך היא "תהליך אנרגטי להפליא", אמר מייקל קרוסלי, עמית מחקר בכיר באוניברסיטת סאסקס והמחבר הראשי של המחקר החדש. זיכרונות כאלה תלויים ביצירת קשרים סינפטיים עמידים יותר בין נוירונים, ותאי מוח צריכים לגייס הרבה מולקולות כדי לעשות זאת. כדי לחסוך במשאבים, המוח חייב אפוא להיות מסוגל להבחין מתי שווה את המחיר ליצור זיכרון ומתי לא. זה נכון בין אם זה המוח של אדם או המוח של "חילזון קטן בתקציב אנרגטי מצומצם", אמר.

בשיחת וידאו לאחרונה, קרוסלי הושיט חילזון אחד כזה, בגודל אגודל לימנה רכיכה עם מוח שהוא כינה "יפה". בעוד שלמוח אנושי יש 86 מיליארד נוירונים, לחילזון יש רק 20,000 - אבל כל אחד מהנוירונים שלו גדול פי 10 משלנו ונגיש הרבה יותר למחקר. אותם נוירונים ענקיים ומעגלי המוח הממופים היטב הפכו את החלזונות לנושא מועדף למחקר נוירוביולוגיה.

המחפשים הקטנטנים הם גם "לומדים יוצאי דופן" שיכולים לזכור משהו לאחר חשיפה בודדת אליו, אמר קרוסלי. במחקר החדש, החוקרים הציצו עמוק לתוך מוחם של החלזונות כדי להבין מה קרה ברמה הנוירולוגית כשהם רוכשים זיכרונות.

זיכרונות משכנעים

בניסויים שלהם, החוקרים העניקו לחלזונות שתי צורות אימון: חזק וחלש. במהלך אימון חזק, הם ריססו תחילה את החלזונות במים בטעם בננה, שהחלזונות התייחסו אליהם כנייטרליים במשיכה שלהם: הם היו בולעים חלק אבל אז יורקים חלק מהם. ואז הצוות נתן לחלזונות סוכר, שאותו זללו בשקיקה.

כשבדקו את החלזונות יממה לאחר מכן, החלזונות הראו שהם למדו לקשר את טעם הבננה לסוכר מאותה חוויה בודדת. נראה שהחלזונות תפסו את הטעם כרצוי יותר: הם היו מוכנים הרבה יותר לבלוע את המים.

לעומת זאת, החלזונות לא למדו את האסוציאציה החיובית הזו ממפגש אימון חלש, שבו אמבטיה בטעם קוקוס מלווה בפינוק סוכר דליל הרבה יותר. החלזונות המשיכו גם לבלוע וגם לירוק את המים.

עד כה, הניסוי היה בעצם גרסת חילזון של ניסויי ההתניה המפורסמים של פבלוב, שבהם כלבים למדו להזיל ריר כששמעו קול פעמון. אבל אז המדענים בדקו מה קרה כשהם נתנו לחלזונות אימון חזק עם טעם בננה ואחריו שעות לאחר מכן אימון חלש עם טעם קוקוס. פתאום גם החלזונות למדו מהאימונים החלשים.

כאשר החוקרים החליפו את הסדר ועשו תחילה את האימון החלש, זה שוב לא הצליח להקנות זיכרון. החלזונות עדיין היוו זיכרון של האימון החזק, אבל לא הייתה לכך השפעה מחזקת רטרואקטיבית על החוויה המוקדמת יותר. גם החלפת הטעמים ששימשו באימונים החזקים והחלשים לא השפיעו.

המדענים הגיעו למסקנה שהאימון החזק דחף את החלזונות לתקופה "עשירה בלמידה" שבה הסף ליצירת זיכרון נמוך יותר, מה שמאפשר להם ללמוד דברים שאחרת לא היו להם (כגון הקשר האימון החלש בין טעם לסוכר דליל). מנגנון כזה יכול לעזור למוח להפנות משאבים ללמידה בזמנים מתאימים. מזון יכול לגרום לחלזונות להיות ערניים יותר למקורות מזון פוטנציאליים בקרבת מקום; מברשות עם סכנה עלולות לחדד את רגישותן לאיומים.

עם זאת, ההשפעה על החלזונות הייתה חולפת. התקופה עתירת הלמידה נמשכה רק 30 דקות עד ארבע שעות לאחר האימון החזק. לאחר מכן, החלזונות הפסיקו ליצור זיכרונות ארוכי טווח במהלך האימון החלש, וזה לא בגלל שהם שכחו את האימונים החזקים שלהם - הזיכרון של זה נמשך חודשים.

חלון קריטי ללמידה משופרת הגיוני כי אם התהליך לא יכבה, "זה עלול להזיק לבעל החיים", אמר קרוסלי. לא רק שהחיה עלולה אז להשקיע יותר מדי משאבים בלמידה, אלא שהיא עלולה ללמוד אסוציאציות שמזיקות להישרדותה.

תפיסות משתנות

על ידי חיטוט עם אלקטרודות, החוקרים גילו מה קורה בתוך מוחו של חילזון כשהוא יוצר זיכרונות ארוכי טווח מהאימונים. שני שינויים מקבילים בפעילות המוח מתרחשים. הראשון מקודד את הזיכרון עצמו. השני הוא "מעורב אך ורק בשינוי התפיסה של החיה לגבי אירועים אחרים", אמר קרוסלי. זה "משנה את האופן שבו הוא רואה את העולם על סמך חוויות העבר שלו".

הם גם גילו שהם יכולים לגרום לאותו שינוי בתפיסת החלזונות על ידי חסימת ההשפעות של דופמין, הכימיקל המוחי המיוצר על ידי הנוירון שהפעיל את התנהגות היריקה. למעשה, זה הפך את הנוירון ליריקה והותיר את הנוירון לבליעה כל הזמן. לחוויה הייתה אותה אפקט העברה שעשה אימון חזק בניסויים הקודמים: שעות לאחר מכן, החלזונות יצרו זיכרון ארוך טווח של האימון החלש.

החוקרים ממפים ביסודיות ובאלגנטיות את התהליך מ"ההתנהגות ועד הבסיס האלקטרופיזיולוגי של האינטראקציה הזו בין זיכרונות עבר וחדשים", אמרו. פדרו יעקב, פוסט דוקטורט באוניברסיטת אוקספורד שלא היה מעורב במחקר. "הידע על האופן שבו זה קורה באופן מכניסטי הוא מעניין כי זה כנראה נשמר על פני מינים."

פרנק, לעומת זאת, לא לגמרי משוכנע שהכישלון של החלזונות לבלוע מים בטעמים לאחר האימון החלש אומר שהם לא נשאו ממנו זיכרון. אתה יכול להיות בעל זיכרון אבל לא לפעול על פיו, הוא אמר, כך שההבחנה הזו עשויה לדרוש ניסויי המשך.

המנגנונים מאחורי למידה וזיכרון דומים באופן מפתיע ברכיכות ויונקים כמו בני אדם, אמר גלנצמן. ככל הידוע לכותבים, המנגנון המדויק הזה לא הוכח בבני אדם, אמר קרוסלי. "ייתכן שזו תכונה שנשמרה באופן נרחב ולכן כזו שראויה לתשומת לב נוספת", אמר.

יהיה מעניין לחקור אם ניתן להפוך שינוי בתפיסה קבוע יותר, אמר גלנצמן. הוא חושד שזה עשוי להיות אפשרי אם החלזונות יקבלו גירוי אברסיבי, משהו שגורם להם לחלות במקום משהו שהם אוהבים.

לעת עתה, קרוסלי והצוות שלו סקרנים לגבי מה שקורה במוחם של החלזונות האלה כשהם מבצעים התנהגויות מרובות, לא רק פותחים או סוגרים את הפה שלהם. "אלה יצורים מרתקים למדי," אמר קרוסלי. "אתה לא באמת מצפה שהחיות האלה יהיו מסוגלות לעשות תהליכים מורכבים מהסוג הזה."

הערת העורך: לורן פרנק היא חוקרת עם יוזמת מחקר האוטיזם של קרן סימונס (SFARI). גם קרן סימונס מממנת Quanta כמגזין עצמאי מבחינה עריכה. להחלטות המימון אין השפעה על הסיקור שלנו.