Anılar Beynin Hatırlamaya Değer Yeni Olayları Tanımasına Yardımcı Olur | Quanta Dergisi

Anılar geçmişin gölgeleridir ama aynı zamanda geleceğin fenerleridir.

Anılarımız bize dünyada rehberlik eder, dikkatimizi ayarlar ve hayatın ilerleyen dönemlerinde öğrendiklerimizi şekillendirir. İnsan ve hayvanlar üzerinde yapılan araştırmalar, anıların gelecekteki olaylara ilişkin algılarımızı ve onlara gösterdiğimiz ilgiyi değiştirebileceğini göstermiştir. "Geçmiş deneyimlerin bir şeyleri değiştirdiğini biliyoruz" dedi Loren Frank, San Francisco, California Üniversitesi'nde bir sinirbilimci. "Bunun tam olarak nasıl olduğu her zaman net değildir."

Dergide yayınlanan yeni bir çalışma Bilim Gelişmeler şimdi cevabın bir kısmını sunuyor. Salyangozlarla çalışan araştırmacılar, yerleşmiş anıların, hayvanları başka türlü görmezden gelebilecekleri, ilgili gelecekteki olaylara ilişkin yeni uzun vadeli anılar oluşturmaya nasıl daha yatkın hale getirdiğini incelediler. Buldukları basit mekanizma, bunu, bir salyangozun bu olaylara ilişkin algısını değiştirerek yaptı.

Araştırmacılar, geçmiş öğrenmenin gelecekteki öğrenmeyi nasıl etkilediği olgusunu "tek bir hücreye kadar" ele aldı. David Glanzman, Los Angeles, California Üniversitesi'nde çalışmaya dahil olmayan bir hücre biyoloğu. Bunu, "oldukça karmaşık olan davranışsal fenomenleri anlamaya çalışmak için basit bir organizma kullanmanın" çekici bir örneği olarak nitelendirdi.

Salyangozlar oldukça basit yaratıklar olsalar da, yeni içgörü, bilim adamlarını insanlar gibi daha üst düzey hayvanlarda uzun süreli belleğin nöral temelini anlamaya bir adım daha yaklaştırıyor.

Çoğu zaman zorluğun farkında olmasak da, uzun süreli hafıza oluşumu "inanılmaz derecede enerjik bir süreçtir" dedi. Michael CrossleySussex Üniversitesi'nde kıdemli bir araştırma görevlisi ve yeni çalışmanın baş yazarı. Bu tür anılar, nöronlar arasında daha dayanıklı sinaptik bağlantılar kurmamıza bağlıdır ve beyin hücrelerinin bunu yapmak için çok sayıda molekülü toplaması gerekir. Bu nedenle, kaynakları korumak için bir beyin, bir anı oluşturmanın maliyetine değip değmeyeceğini ayırt edebilmelidir. İster bir insanın beyni, ister "kısıtlı bir enerji bütçesine sahip küçük bir salyangozun beyni" olsun, bu doğru.

Yakın tarihli bir görüntülü aramada, Crossley böyle bir salyangoz uzattı, başparmak boyutunda Lymnaea beyni olan yumuşakçaya "güzel" dedi. Bir insan beyninde 86 milyar nöron bulunurken, salyangozunki sadece 20,000 nörona sahiptir - ancak nöronlarının her biri bizimkinden 10 kat daha büyüktür ve çalışma için çok daha erişilebilirdir. Bu dev nöronlar ve iyi haritalanmış beyin devreleri, salyangozları nörobiyoloji araştırmaları için favori bir konu haline getirdi.

Crossley, küçük toplayıcıların aynı zamanda bir şeye bir kez maruz kaldıktan sonra bir şeyi hatırlayabilen "olağanüstü öğreniciler" olduğunu söyledi. Yeni çalışmada, araştırmacılar anıları edinirken nörolojik düzeyde ne olduğunu anlamak için salyangozların beyninin derinliklerine baktılar.

Canlandıran Anılar

Araştırmacılar deneylerinde salyangozlara iki tür eğitim verdiler: güçlü ve zayıf. Güçlü eğitim sırasında, önce salyangozlara muz aromalı su püskürttüler; Daha sonra ekip, iştahla yuttukları salyangozlara şeker verdi.

Salyangozları yaklaşık bir gün sonra test ettiklerinde, salyangozlar, muz aromasını şekerle ilişkilendirmeyi o tek deneyimden öğrendiklerini gösterdiler. Salyangozlar tadı daha çekici algılıyor gibiydi: Suyu yutmaya çok daha istekliydiler.

Aksine, salyangozlar bu pozitif ilişkiyi, hindistancevizi ile tatlandırılmış bir banyonun ardından çok daha seyreltilmiş bir şeker muamelesinin yapıldığı zayıf bir eğitim seansından öğrenmediler. Salyangozlar suyu hem yutmaya hem de tükürmeye devam etti.

Şimdiye kadar deney, Pavlov'un köpeklerin zil sesini duyduklarında salyalarını akıtmayı öğrendikleri ünlü şartlandırma deneylerinin salyangoz versiyonuydu. Ancak daha sonra bilim adamları, salyangozlara muz aromasıyla güçlü bir eğitim verdikten sonra saatler sonra hindistancevizi aromasıyla zayıf bir eğitim verdiklerinde ne olduğuna baktılar. Aniden salyangozlar da zayıf eğitimden öğrendi.

Araştırmacılar sırayı değiştirip önce zayıf antrenmanı yaptıklarında, yine bir anıyı aktarmada başarısız oldu. Salyangozlar hala güçlü eğitimin bir hatırasını oluşturuyordu, ancak bunun önceki deneyim üzerinde geriye dönük bir güçlendirici etkisi olmadı. Güçlü ve zayıf antrenmanlarda kullanılan tatların değiştirilmesinin de bir etkisi olmadı.

Bilim adamları, güçlü eğitimin salyangozları, hafıza oluşturma eşiğinin daha düşük olduğu "zengin öğrenme" dönemine ittiği ve aksi takdirde sahip olamayacakları şeyleri öğrenmelerini sağladığı sonucuna vardılar (örneğin, bir tat ve tat arasındaki zayıf eğitim ilişkisi gibi). seyreltilmiş şeker). Böyle bir mekanizma, beynin kaynakları uygun zamanlarda öğrenmeye yönlendirmesine yardımcı olabilir. Yiyecek, salyangozları yakındaki potansiyel yiyecek kaynaklarına karşı daha uyanık hale getirebilir; Tehlikeli fırçalar, tehditlere karşı hassasiyetlerini keskinleştirebilir.

Ancak salyangozlar üzerindeki etkisi kısa sürdü. Öğrenme açısından zengin dönem, güçlü eğitimden sonra yalnızca 30 dakika ila dört saat arasında devam etti. Bundan sonra salyangozlar, zayıf eğitim seansı sırasında uzun süreli anılar oluşturmayı bıraktı ve bunun nedeni, güçlü eğitimlerini unutmaları değildi - bunun hatırası aylarca devam etti.

Crossley, gelişmiş öğrenme için kritik bir pencereye sahip olmanın mantıklı olduğunu, çünkü eğer süreç kapanmazsa, bunun "hayvan için zararlı olabileceğini" söyledi. Hayvan o zaman öğrenmeye çok fazla kaynak yatırmakla kalmaz, aynı zamanda hayatta kalması için zararlı çağrışımlar da öğrenebilir.

Değişen Algılar

Araştırmacılar, elektrotlarla araştırma yaparak, bir salyangozun eğitimlerden uzun süreli anılar oluşturduğunda beyninde neler olduğunu keşfettiler. Beyin aktivitesinde iki paralel ince ayar meydana gelir. Birincisi hafızanın kendisini kodlar. Crossley, ikincisi, "hayvanın diğer olaylara ilişkin algısını değiştirmekle tamamen ilgili" dedi. "Geçmiş deneyimlerine dayanarak dünyaya bakışını değiştirir."

Ayrıca tükürme davranışını etkinleştiren nöron tarafından üretilen beyin kimyasalı olan dopaminin etkilerini bloke ederek salyangozların algısında aynı değişimi tetikleyebileceklerini de keşfettiler. Aslında bu, nöronu tükürmek için çevirdi ve yutmak için nöronu sürekli açık bıraktı. Deneyim, önceki deneylerde güçlü eğitimin yaptığı aynı aktarma etkisine sahipti: Saatler sonra salyangozlar, zayıf eğitimin uzun süreli bir hafızasını oluşturdu.

Araştırmacılar, "geçmiş ve yeni anılar arasındaki bu etkileşimin davranışlarından elektrofizyolojik temellerine kadar" süreci kapsamlı ve zarif bir şekilde haritaladılar. Pedro Yakup, Oxford Üniversitesi'nde çalışmaya dahil olmayan bir doktora sonrası araştırmacı. "Bunun mekanik olarak nasıl gerçekleştiğine dair bilgi sahibi olmak ilginç çünkü muhtemelen türler arasında korunuyor."

Ancak Frank, salyangozların zayıf eğitimden sonra aromalı su içememelerinin, bundan hiçbir hatıraları olmadığı anlamına geldiğine tam olarak ikna olmuş değil. Bir anınız olabilir ama ona göre hareket edemezsiniz, dedi, bu yüzden bu ayrımı yapmak takip eden deneyler gerektirebilir.

Glanzman, öğrenme ve hafızanın arkasındaki mekanizmaların yumuşakçalarda ve insanlar gibi memelilerde şaşırtıcı derecede benzer olduğunu söyledi. Crossley, yazarların bildiği kadarıyla, bu kesin mekanizmanın insanlarda gösterilmediğini söyledi. "Geniş ölçüde korunan bir özellik olabilir ve bu nedenle daha fazla ilgiyi hak eden bir özellik olabilir" dedi.

Glanzman, algıdaki bir değişikliğin daha kalıcı hale getirilip getirilemeyeceğini incelemenin ilginç olacağını söyledi. Salyangozlara hoşlandıkları bir şey yerine onları hasta eden itici bir uyaran verilirse bunun mümkün olabileceğinden şüpheleniyor.

Şimdilik Crossley ve ekibi, bu salyangozların sadece ağızlarını açıp kapamakla kalmayıp birden fazla davranış gerçekleştirdiklerinde beyinlerinde neler olduğunu merak ediyor. Crossley, "Bunlar oldukça büyüleyici yaratıklar," dedi. "Bu hayvanların bu tür karmaşık işlemleri yapabilmesini gerçekten beklemiyorsunuz."

Editörün notu: Loren Frank, Simons Vakfı'nın Otizm Araştırma Girişimi'nde (SFARI) araştırmacıdır. Simons Vakfı da fon sağlıyor Kuantum editoryal olarak bağımsız bir dergi olarak. Finansman kararlarının kapsamımız üzerinde hiçbir etkisi yoktur.