Spomini pomagajo možganom prepoznati nove dogodke, vredne spomina | Revija Quanta

Spomini so sence preteklosti, a tudi svetilke za prihodnost.

Naši spomini nas vodijo skozi svet, usklajujejo našo pozornost in oblikujejo tisto, kar se naučimo kasneje v življenju. Študije na ljudeh in živalih so pokazale, da lahko spomini spremenijo naše dojemanje prihodnjih dogodkov in pozornost, ki jim jo posvečamo. "Vemo, da pretekle izkušnje spremenijo stvari," je dejal Loren Frank, nevroznanstvenik na Kalifornijski univerzi v San Franciscu. "Kako natančno se to zgodi, ni vedno jasno."

Nova študija, objavljena v reviji Znanost Predplačila zdaj ponuja del odgovora. Raziskovalci so pri delu s polži preučevali, kako ustaljeni spomini povečajo verjetnost, da bodo živali oblikovale nove dolgoročne spomine na sorodne prihodnje dogodke, ki bi jih sicer morda prezrle. Preprost mehanizem, ki so ga odkrili, je to storil tako, da je spremenil polževo dojemanje teh dogodkov.

Raziskovalci so fenomen, kako preteklo učenje vpliva na prihodnje učenje, vzeli "na eno samo celico". David Glanzman, celični biolog na Kalifornijski univerzi v Los Angelesu, ki ni bil vključen v študijo. To je označil za privlačen primer "uporabe preprostega organizma, da bi poskušali razumeti vedenjske pojave, ki so dokaj zapleteni."

Čeprav so polži dokaj preprosta bitja, novi vpogled znanstvenike pripelje korak bližje k razumevanju nevronske osnove dolgoročnega spomina pri živalih višjega reda, kot je človek.

Čeprav se pogosto ne zavedamo izziva, je oblikovanje dolgoročnega spomina »neverjetno energičen proces« Michael Crossley, višji znanstveni sodelavec na Univerzi v Sussexu in glavni avtor nove študije. Takšni spomini so odvisni od našega ustvarjanja trajnejših sinaptičnih povezav med nevroni, možganske celice pa morajo za to pridobiti veliko molekul. Da bi ohranili vire, morajo biti možgani torej sposobni razlikovati, kdaj je oblikovanje spomina vredno stroškov in kdaj ne. To drži, ne glede na to, ali gre za možgane človeka ali možgane "malega polža s tesnim proračunom energije," je dejal.

Na nedavnem video klicu je Crossley iztegnil enega takega polža, velikosti palca Lymnaea mehkužec z možgani, ki jih je imenoval »lepi«. Medtem ko imajo človeški možgani 86 milijard nevronov, jih ima polž le 20,000, vendar je vsak od njegovih nevronov 10-krat večji od naših in veliko bolj dostopen za preučevanje. Zaradi teh velikanskih nevronov in njihovega dobro preslikanega možganskega vezja so polži postali priljubljen predmet nevrobioloških raziskav.

Drobni lovci krme so tudi "izjemni učenci", ki si lahko nekaj zapomnijo po enkratnem stiku s tem, je dejal Crossley. V novi študiji so raziskovalci pokukali globoko v možgane polžev, da bi ugotovili, kaj se je zgodilo na nevrološki ravni, ko so pridobivali spomine.

Nagovarjanje spominov

V svojih poskusih so raziskovalci dali polžem dve obliki treninga: močno in šibko. Med močnim treningom so polže najprej poškropili z vodo z okusom banane, ki so jo polži v svoji privlačnosti obravnavali kot nevtralno: nekaj bi pogoltnili, nato pa nekaj izpljunili. Nato je ekipa dala polžem sladkor, ki so ga ti vneto požrli.

Ko so polže testirali celo dan kasneje, so polži pokazali, da so se iz te ene same izkušnje naučili povezati okus banane s sladkorjem. Zdelo se je, da so polži okus zaznali kot bolj zaželen: veliko bolj so bili pripravljeni pogoltniti vodo.

Nasprotno pa se polži te pozitivne povezave niso naučili iz šibkega treninga, v katerem je kopeli z okusom kokosa sledil veliko bolj razredčen sladkorni priboljšek. Polži so še naprej goltali in izpljuvali vodo.

Doslej je bil poskus v bistvu polžja različica Pavlovljevih znanih poskusov kondicioniranja, v katerih so se psi naučili sliniti, ko so slišali zvok zvonca. Potem pa so znanstveniki pogledali, kaj se je zgodilo, ko so polžem dali močan trening z aromo banane, ki mu je nekaj ur pozneje sledil šibek trening z aromo kokosa. Nenadoma so se tudi polži naučili iz šibkega treninga.

Ko so raziskovalci zamenjali vrstni red in najprej izvedli šibek trening, ponovno ni uspelo prenesti spomina. Polži so še vedno tvorili spomin na močan trening, vendar to ni imelo retroaktivnega krepilnega učinka na prejšnje izkušnje. Tudi zamenjava okusov, uporabljenih pri močnih in šibkih treningih, ni imela učinka.

Znanstveniki so ugotovili, da je močna vadba polže potisnila v »učno bogato« ​​obdobje, v katerem je bil prag za nastanek spomina nižji, kar jim je omogočilo, da se naučijo stvari, ki se jih sicer ne bi (kot je šibka vadbena povezava med okusom in razredčen sladkor). Takšen mehanizem bi lahko pomagal možganom usmeriti sredstva k učenju ob primernem času. Zaradi hrane so lahko polži bolj pozorni na morebitne vire hrane v bližini; krtače z nevarnostjo bi lahko izostrile njihovo občutljivost za grožnje.

Vendar je bil učinek na polže minljiv. Učno bogato obdobje je trajalo le 30 minut do štiri ure po močnem treningu. Po tem so polži med šibkim treningom prenehali oblikovati dolgoročne spomine, pa ne zato, ker so pozabili na svoj močan trening - spomin na to je trajal več mesecev.

Imeti kritično okno za izboljšano učenje je smiselno, ker če se proces ne izklopi, "bi to lahko škodovalo živali," je dejal Crossley. Ne samo, da bi žival potem vložila preveč sredstev v učenje, ampak bi se lahko naučila povezav, ki bi škodile njenemu preživetju.

Spremenjene percepcije

S sondiranjem z elektrodami so raziskovalci ugotovili, kaj se dogaja v polžjih možganih, ko si iz treningov ustvari dolgoročne spomine. V možganski aktivnosti pride do dveh vzporednih sprememb. Prvi kodira sam spomin. Drugi je "zgolj vključen v spreminjanje živalskega dojemanja drugih dogodkov," je dejal Crossley. "Spremeni način, kako gleda na svet na podlagi svojih preteklih izkušenj."

Ugotovili so tudi, da lahko povzročijo enak premik v zaznavanju polžev z blokiranjem učinkov dopamina, možganske kemikalije, ki jo proizvaja nevron, ki aktivira pljuvanje. Pravzaprav je to izklopilo nevron za pljuvanje in pustilo nevron za požiranje nenehno vklopljen. Izkušnja je imela enak učinek prenosa, kot ga je imela močna vadba v prejšnjih poskusih: nekaj ur kasneje so polži oblikovali dolgoročni spomin na šibek trening.

Raziskovalci temeljito in elegantno začrtajo proces od "vedenja do elektrofizioloških podlag te interakcije med preteklimi in novimi spomini," je dejal Pedro Jakob, podoktorski sodelavec na Univerzi v Oxfordu, ki ni bil vključen v študijo. "Zanimivo je vedeti, kako mehanično se to zgodi, ker je verjetno ohranjeno med vrstami."

Frank pa ni popolnoma prepričan, da polži po šibkem treningu niso uspeli zaužiti vode z okusom, kar pomeni, da na to niso imeli nobenega spomina. Lahko imate spomin, a ne ukrepate, je dejal, zato bodo za to razlikovanje morda potrebni nadaljnji poskusi.

Mehanizmi za učenjem in spominom so presenetljivo podobni pri mehkužcih in sesalcih, kot so ljudje, je dejal Glanzman. Kolikor vedo avtorji, ta natančen mehanizem ni bil prikazan pri ljudeh, je dejal Crossley. "To je lahko na splošno ohranjena značilnost in zato tista, ki si zasluži nadaljnjo pozornost," je dejal.

Zanimivo bi bilo preučiti, ali bi lahko premik v dojemanju postal trajnejši, je dejal Glanzman. Sumi, da bi bilo to mogoče, če bi polžem dali averzivni dražljaj, nekaj, zaradi česar postanejo bolni, namesto nečesa, kar jim je všeč.

Crossleyja in njegovo ekipo za zdaj zanima, kaj se dogaja v možganih teh polžev, ko izvajajo več vedenj, ne le odpiranje ali zapiranje ust. "To so zelo fascinantna bitja," je dejal Crossley. "V resnici ne pričakujete, da bodo te živali sposobne izvajati tovrstne zapletene procese."

Opomba urednika: Loren Frank je raziskovalec pri Pobudi za raziskovanje avtizma Simonsove fundacije (SFARI). Fundacija Simons tudi financira Quanta kot uredniško samostojna revija. Odločitve o financiranju nimajo vpliva na našo pokritost.