ความทรงจำช่วยให้สมองจดจำเหตุการณ์ใหม่ๆ ที่ควรค่าแก่การจดจำ | นิตยสารควอนตั้ม

ความทรงจำเป็นเงาของอดีต แต่ยังเป็นไฟฉายสำหรับอนาคต

ความทรงจำของเรานำทางเราไปทั่วโลก ปรับความสนใจของเรา และกำหนดสิ่งที่เราเรียนรู้ในภายหลังในชีวิต การศึกษาในมนุษย์และสัตว์แสดงให้เห็นว่าความทรงจำสามารถเปลี่ยนการรับรู้ของเราเกี่ยวกับเหตุการณ์ในอนาคตและความสนใจที่เรามอบให้ “เรารู้ว่าประสบการณ์ในอดีตเปลี่ยนแปลงสิ่งต่างๆ ได้” กล่าว ลอเรน แฟรงค์นักประสาทวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานฟรานซิสโก “สิ่งที่เกิดขึ้นนั้นไม่ชัดเจนเสมอไป”

การศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสาร วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า ตอนนี้เสนอส่วนหนึ่งของคำตอบ การทำงานกับหอยทาก นักวิจัยตรวจสอบว่าความทรงจำที่สร้างขึ้นทำให้สัตว์มีแนวโน้มที่จะสร้างความทรงจำระยะยาวใหม่เกี่ยวกับเหตุการณ์ในอนาคตที่เกี่ยวข้องซึ่งพวกมันอาจเพิกเฉยได้อย่างไร กลไกง่ายๆ ที่พวกเขาค้นพบทำได้โดยเปลี่ยนการรับรู้ของหอยทากเกี่ยวกับเหตุการณ์เหล่านั้น

นักวิจัยใช้ปรากฏการณ์ที่ว่าการเรียนรู้ในอดีตมีอิทธิพลต่อการเรียนรู้ในอนาคตอย่างไร "ลงไปที่เซลล์เดียว" กล่าว เดวิด กลานซ์แมนนักชีววิทยาด้านเซลล์แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแองเจลิส ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษานี้ เขาเรียกมันว่าเป็นตัวอย่างที่น่าสนใจ “ของการใช้สิ่งมีชีวิตธรรมดาเพื่อพยายามทำความเข้าใจปรากฏการณ์ทางพฤติกรรมที่ค่อนข้างซับซ้อน”

แม้ว่าหอยทากจะเป็นสัตว์ที่ค่อนข้างเรียบง่าย แต่ข้อมูลเชิงลึกใหม่นี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใกล้ความเข้าใจพื้นฐานทางประสาทของความจำระยะยาวในสัตว์ลำดับที่สูงกว่า เช่น มนุษย์เข้าไปอีกขั้น

แม้ว่าเรามักไม่ตระหนักถึงความท้าทาย แต่การสร้างความทรงจำระยะยาวเป็น "กระบวนการที่มีพลังอย่างเหลือเชื่อ" กล่าว ไมเคิล ครอสลีย์นักวิจัยอาวุโสจาก University of Sussex และผู้เขียนนำของการศึกษาใหม่ ความทรงจำดังกล่าวขึ้นอยู่กับการสร้างการเชื่อมต่อ synaptic ที่คงทนมากขึ้นระหว่างเซลล์ประสาท และเซลล์สมองจำเป็นต้องรับโมเลกุลจำนวนมากเพื่อทำเช่นนั้น ในการอนุรักษ์ทรัพยากร สมองจึงต้องสามารถแยกแยะได้ว่าเมื่อใดที่คุ้มค่ากับค่าใช้จ่ายในการสร้างหน่วยความจำ และเมื่อใดที่ไม่คุ้มค่า นั่นเป็นความจริงไม่ว่าจะเป็นสมองของมนุษย์หรือสมองของ "หอยทากตัวน้อยที่มีงบประมาณ จำกัด" เขากล่าว

ในการสนทนาทางวิดีโอเมื่อเร็วๆ นี้ Crossley ยื่นหอยทากขนาดเท่าหัวแม่มือออกมาหนึ่งตัว ลิมเนีย หอยมีสมองเขาเรียกว่าสวย ในขณะที่สมองของมนุษย์มีเซลล์ประสาท 86 พันล้านเซลล์ เซลล์ประสาทของหอยทากมีเพียง 20,000 เซลล์เท่านั้น แต่เซลล์ประสาทแต่ละเซลล์มีขนาดใหญ่กว่าของเราถึง 10 เท่าและเข้าถึงการศึกษาได้มากกว่ามาก เซลล์ประสาทยักษ์เหล่านั้นและวงจรสมองที่มีแผนที่ดีทำให้หอยทากเป็นวิชาโปรดสำหรับการวิจัยทางชีววิทยาประสาท

นักหาอาหารขนาดเล็กยังเป็น "ผู้เรียนที่โดดเด่น" ซึ่งสามารถจดจำบางสิ่งได้หลังจากสัมผัสกับมันเพียงครั้งเดียว Crossley กล่าว ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิจัยได้เจาะลึกเข้าไปในสมองของหอยทากเพื่อหาว่าเกิดอะไรขึ้นในระดับระบบประสาทเมื่อพวกมันได้รับความทรงจำ

เล้าโลมความทรงจำ

ในการทดลอง นักวิจัยให้หอยทากฝึกสองรูปแบบ: แข็งแรงและอ่อนแอ ในระหว่างการฝึกอย่างเข้มข้น พวกมันฉีดหอยทากด้วยน้ำรสกล้วยก่อน ซึ่งหอยทากถือว่าเป็นกลางในการดึงดูด: พวกมันจะกลืนบางส่วนแต่จากนั้นก็คายบางส่วนออกมา จากนั้นทีมงานได้ให้น้ำตาลแก่หอยทาก ซึ่งพวกมันกินอย่างเอร็ดอร่อย

เมื่อพวกเขาทดสอบหอยทากในวันรุ่งขึ้น หอยทากแสดงให้เห็นว่าพวกเขาเรียนรู้ที่จะเชื่อมโยงรสชาติกล้วยกับน้ำตาลจากประสบการณ์ครั้งเดียว หอยทากดูเหมือนจะรับรู้รสชาติได้ดีกว่า: พวกมันเต็มใจที่จะกลืนน้ำมากขึ้น

ในทางตรงกันข้าม หอยทากไม่ได้เรียนรู้ความสัมพันธ์เชิงบวกนี้จากการฝึกซ้อมที่อ่อนแอ ซึ่งการอาบน้ำที่ปรุงรสด้วยมะพร้าวตามด้วยน้ำตาลที่เจือจางกว่ามาก หอยทากยังคงกลืนและพ่นน้ำออกมา

จนถึงตอนนี้ การทดลองนี้เป็นรูปแบบหอยทากของการทดลองการปรับสภาพที่มีชื่อเสียงของพาฟลอฟ ซึ่งสุนัขเรียนรู้ที่จะน้ำลายไหลเมื่อได้ยินเสียงกระดิ่ง แต่จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็ดูว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อพวกเขาให้การฝึกหอยทากอย่างเข้มข้นด้วยการแต่งกลิ่นกล้วย ตามด้วยชั่วโมงต่อมาด้วยการฝึกฝนแบบอ่อนด้วยการแต่งกลิ่นมะพร้าว ทันใดนั้นหอยทากก็เรียนรู้จากการฝึกที่อ่อนแอเช่นกัน

เมื่อนักวิจัยเปลี่ยนคำสั่งและทำการฝึกแบบอ่อนก่อน มันก็ล้มเหลวอีกครั้งในการถ่ายทอดความทรงจำ หอยทากยังคงสร้างความทรงจำของการฝึกฝนที่แข็งแกร่ง แต่นั่นไม่ได้มีผลย้อนหลังในการเสริมความแข็งแกร่งในประสบการณ์ก่อนหน้านี้ การแลกเปลี่ยนรสชาติที่ใช้ในการฝึกฝนที่แข็งแกร่งและอ่อนแอก็ไม่มีผลเช่นกัน

นักวิทยาศาสตร์สรุปได้ว่าการฝึกอย่างเข้มข้นทำให้หอยทากเข้าสู่ช่วง "การเรียนรู้ที่เข้มข้น" ซึ่งเกณฑ์สำหรับการสร้างความทรงจำนั้นต่ำกว่า ทำให้สามารถเรียนรู้สิ่งต่างๆ ที่พวกเขาไม่มี (เช่น การฝึกที่อ่อนแอระหว่างรสชาติและ น้ำตาลเจือจาง) กลไกดังกล่าวสามารถช่วยสมองนำทรัพยากรไปสู่การเรียนรู้ในเวลาที่เหมาะสม อาหารอาจทำให้หอยทากตื่นตัวมากขึ้นเมื่อพบแหล่งอาหารใกล้เคียง แปรงที่มีอันตรายอาจเพิ่มความไวต่อภัยคุกคาม

อย่างไรก็ตาม ผลกระทบต่อหอยทากก็หายวับไป ช่วงเวลาแห่งการเรียนรู้ยังคงอยู่เพียง 30 นาทีถึงสี่ชั่วโมงหลังจากการฝึกฝนที่แข็งแกร่ง หลังจากนั้น หอยทากก็หยุดสร้างความทรงจำระยะยาวระหว่างการฝึกฝนที่อ่อนแอ และไม่ใช่เพราะพวกมันลืมการฝึกฝนที่แข็งแกร่ง — ความทรงจำนั้นยังคงอยู่เป็นเวลาหลายเดือน

การมีหน้าต่างสำคัญสำหรับการเรียนรู้ขั้นสูงนั้นสมเหตุสมผล เพราะหากกระบวนการไม่ปิด "นั่นอาจเป็นอันตรายต่อสัตว์" ครอสลีย์กล่าว ไม่เพียงแต่สัตว์จะลงทุนทรัพยากรมากเกินไปในการเรียนรู้เท่านั้น แต่ยังสามารถเรียนรู้ความสัมพันธ์ที่เป็นอันตรายต่อการอยู่รอดของมัน

การรับรู้ที่เปลี่ยนไป

นักวิจัยค้นพบว่าเกิดอะไรขึ้นภายในสมองของหอยทากเมื่อมันสร้างความทรงจำระยะยาวจากการฝึก การทำงานของสมองมีการปรับแต่งแบบขนานสองครั้ง ตัวแรกเข้ารหัสหน่วยความจำเอง ประการที่สองคือ "มีส่วนร่วมอย่างแท้จริงในการเปลี่ยนแปลงการรับรู้ของสัตว์เกี่ยวกับเหตุการณ์อื่น ๆ " ครอสลีย์กล่าว มัน "เปลี่ยนวิธีการมองโลกตามประสบการณ์ที่ผ่านมา"

พวกเขายังพบว่าพวกเขาสามารถกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเดียวกันในการรับรู้ของหอยทากโดยการปิดกั้นผลกระทบของโดปามีน ซึ่งเป็นสารเคมีในสมองที่ผลิตโดยเซลล์ประสาทที่กระตุ้นพฤติกรรมการคาย ผลที่ได้คือทำให้เซลล์ประสาทคายน้ำออกและปล่อยให้เซลล์ประสาทกลืนต่อไป ประสบการณ์มีผลกระทบแบบเดียวกับการฝึกที่แข็งแกร่งในการทดลองครั้งก่อน: ชั่วโมงต่อมา หอยทากสร้างความทรงจำระยะยาวของการฝึกที่อ่อนแอ

นักวิจัยได้จัดทำแผนผังกระบวนการอย่างละเอียดและสวยงามตั้งแต่ "พฤติกรรมไปจนถึงรากฐานทางสรีรวิทยาของปฏิกิริยาระหว่างความทรงจำในอดีตและความทรงจำใหม่" กล่าว เปโดร ยาโคบซึ่งเป็นเพื่อนหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษานี้ “การมีความรู้ว่ากลไกนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรนั้นน่าสนใจ เพราะมันอาจถูกอนุรักษ์ไว้ข้ามสายพันธุ์”

อย่างไรก็ตาม แฟรงก์ยังไม่เชื่ออย่างเต็มที่ว่าการที่หอยทากไม่สามารถกินน้ำปรุงรสได้หลังจากการฝึกที่อ่อนแอหมายความว่าพวกมันไม่มีความทรงจำจากมันเลย คุณสามารถมีความทรงจำได้ แต่ไม่สามารถดำเนินการได้ เขากล่าว ดังนั้นการสร้างความแตกต่างนั้นอาจจำเป็นต้องมีการทดลองติดตามผล

Glanzman กล่าวว่ากลไกที่อยู่เบื้องหลังการเรียนรู้และความจำมีความคล้ายคลึงกันอย่างน่าประหลาดใจในหอยและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เช่น มนุษย์ เท่าที่ผู้เขียนทราบ ยังไม่มีการแสดงกลไกที่แน่นอนนี้ในมนุษย์ Crossley กล่าว “มันอาจเป็นคุณลักษณะที่อนุรักษ์ในวงกว้าง ดังนั้นจึงเป็นสิ่งที่สมควรได้รับความสนใจต่อไป” เขากล่าว

มันน่าสนใจที่จะศึกษาว่าการเปลี่ยนแปลงในการรับรู้สามารถทำได้อย่างถาวรหรือไม่ Glanzman กล่าว เขาสงสัยว่าสิ่งนี้อาจเป็นไปได้หากหอยทากได้รับการกระตุ้นแบบเกลียดชัง ซึ่งทำให้พวกมันป่วยแทนที่จะได้รับสิ่งที่พวกมันชอบ

สำหรับตอนนี้ Crossley และทีมของเขากำลังสงสัยว่าเกิดอะไรขึ้นในสมองของหอยทากเหล่านี้เมื่อพวกมันทำพฤติกรรมหลายอย่าง ไม่ใช่แค่เปิดหรือปิดปาก “พวกมันเป็นสัตว์ที่น่าสนใจทีเดียว” ครอสลีย์กล่าว “คุณไม่คิดว่าสัตว์เหล่านี้จะสามารถทำกระบวนการที่ซับซ้อนแบบนี้ได้”

หมายเหตุบรรณาธิการ: ลอเรน แฟรงก์เป็นนักวิจัยในโครงการริเริ่มการวิจัยออทิสติกของมูลนิธิไซมอนส์ (SFARI) มูลนิธิไซมอนส์ยังให้ทุนอีกด้วย ควอนตั้ม ในฐานะบรรณาธิการนิตยสารอิสระ การตัดสินใจเรื่องเงินทุนไม่มีผลต่อความครอบคลุมของเรา