Ký Ức Giúp Bộ Não Nhận Ra Các Sự Kiện Mới Đáng Ghi Nhớ | Tạp chí lượng tử

Ký ức là bóng tối của quá khứ nhưng cũng là đèn pin cho tương lai.

Hồi ức của chúng ta hướng dẫn chúng ta đi khắp thế giới, điều chỉnh sự chú ý của chúng ta và định hình những gì chúng ta học được sau này trong cuộc sống. Các nghiên cứu trên người và động vật đã chỉ ra rằng ký ức có thể thay đổi nhận thức của chúng ta về các sự kiện trong tương lai và sự chú ý mà chúng ta dành cho chúng. “Chúng tôi biết rằng kinh nghiệm trong quá khứ thay đổi mọi thứ,” nói Loren Frank, một nhà thần kinh học tại Đại học California, San Francisco. "Làm thế nào chính xác điều đó xảy ra không phải lúc nào cũng rõ ràng."

Một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Những tiến bộ khoa học bây giờ cung cấp một phần của câu trả lời. Làm việc với ốc sên, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra xem những ký ức đã được thiết lập khiến các loài động vật có nhiều khả năng hình thành những ký ức dài hạn mới về các sự kiện tương lai có liên quan mà chúng có thể đã bỏ qua như thế nào. Cơ chế đơn giản mà họ phát hiện ra đã làm điều này bằng cách thay đổi nhận thức của ốc sên về những sự kiện đó.

Các nhà nghiên cứu đã xem hiện tượng học tập trong quá khứ ảnh hưởng như thế nào đến việc học tập trong tương lai “tới một tế bào”, cho biết David Glanzman, một nhà sinh học tế bào tại Đại học California, Los Angeles, người không tham gia vào nghiên cứu, cho biết. Ông gọi đó là một ví dụ hấp dẫn “về việc sử dụng một sinh vật đơn giản để cố gắng hiểu các hiện tượng hành vi khá phức tạp.”

Mặc dù ốc sên là sinh vật khá đơn giản, nhưng phát hiện mới giúp các nhà khoa học tiến một bước gần hơn trong việc tìm hiểu cơ sở thần kinh của trí nhớ dài hạn ở động vật bậc cao như con người.

Mặc dù chúng ta thường không nhận thức được thách thức, nhưng việc hình thành trí nhớ dài hạn là “một quá trình cực kỳ năng động”, ông nói Micheal Crossley, một nghiên cứu viên cao cấp tại Đại học Sussex và là tác giả chính của nghiên cứu mới cho biết. Những ký ức như vậy phụ thuộc vào việc chúng ta tạo ra các kết nối khớp thần kinh bền vững hơn giữa các tế bào thần kinh và các tế bào não cần tuyển dụng rất nhiều phân tử để làm điều đó. Do đó, để bảo tồn tài nguyên, bộ não phải có khả năng phân biệt khi nào đáng để bỏ ra một bộ nhớ và khi nào thì không. Ông nói, điều đó đúng cho dù đó là bộ não của con người hay bộ não của “con ốc sên nhỏ với ngân sách năng lượng eo hẹp”.

Trong một cuộc gọi video gần đây, Crossley đã đưa ra một con ốc sên như vậy, cỡ ngón tay cái. Lymnaea động vật thân mềm có bộ não mà anh ấy gọi là “đẹp”. Trong khi bộ não của con người có 86 tỷ tế bào thần kinh, thì của ốc sên chỉ có 20,000 - nhưng mỗi tế bào thần kinh của nó lớn hơn của chúng ta 10 lần và dễ tiếp cận hơn nhiều để nghiên cứu. Những tế bào thần kinh khổng lồ đó và mạch não được lập bản đồ rõ ràng của chúng đã khiến ốc sên trở thành đối tượng ưa thích của nghiên cứu sinh học thần kinh.

Crossley cho biết những kẻ kiếm ăn tí hon cũng là những “người học đáng chú ý” có thể ghi nhớ điều gì đó sau một lần tiếp xúc với nó. Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã nhìn sâu vào não của ốc sên để tìm hiểu điều gì đã xảy ra ở cấp độ thần kinh khi chúng thu nhận ký ức.

Dỗ Kỉ Niệm

Trong các thí nghiệm của họ, các nhà nghiên cứu đã cho ốc sên hai hình thức huấn luyện: mạnh và yếu. Trong quá trình huấn luyện mạnh mẽ, đầu tiên họ phun nước có vị chuối vào những con ốc sên, loại nước mà ốc sên coi là trung tính trong sự hấp dẫn của nó: Chúng sẽ nuốt một ít nhưng sau đó nhổ một ít ra. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã cho những con ốc đường và chúng ngấu nghiến ngấu nghiến.

Khi họ kiểm tra những con ốc sên vào một ngày sau đó, những con ốc sên cho thấy rằng chúng đã học được cách liên kết hương vị chuối với đường từ trải nghiệm duy nhất đó. Những con ốc sên dường như cảm thấy hương vị đó hấp dẫn hơn: Chúng sẵn sàng nuốt nước hơn nhiều.

Ngược lại, những con ốc sên đã không học được mối liên hệ tích cực này từ một buổi huấn luyện yếu ớt, trong đó một bồn tắm có hương vị dừa được theo sau bởi một loại đường loãng hơn nhiều. Những con ốc tiếp tục vừa nuốt vừa nhả nước ra.

Cho đến nay, thí nghiệm về cơ bản là một phiên bản ốc sên của thí nghiệm điều hòa nổi tiếng của Pavlov, trong đó những con chó học cách chảy nước dãi khi nghe thấy tiếng chuông. Nhưng sau đó, các nhà khoa học đã xem xét điều gì đã xảy ra khi họ huấn luyện ốc sên một cách mạnh mẽ với hương liệu chuối, sau đó vài giờ sau đó là huấn luyện yếu ớt với hương liệu dừa. Đột nhiên, những con ốc sên cũng học được từ quá trình huấn luyện yếu kém.

Khi các nhà nghiên cứu thay đổi thứ tự và thực hiện khóa huấn luyện yếu trước, nó lại không truyền được ký ức. Những con ốc sên vẫn hình thành ký ức về quá trình huấn luyện mạnh mẽ, nhưng điều đó không có tác dụng củng cố hồi tố đối với trải nghiệm trước đó. Hoán đổi các hương vị được sử dụng trong các khóa đào tạo mạnh và yếu cũng không có tác dụng.

Các nhà khoa học kết luận rằng quá trình huấn luyện mạnh mẽ đã đẩy ốc sên vào giai đoạn “học tập phong phú”, trong đó ngưỡng hình thành trí nhớ thấp hơn, cho phép chúng học những thứ mà chúng không thể có được (chẳng hạn như mối liên hệ huấn luyện yếu giữa hương vị và đường loãng). Một cơ chế như vậy có thể giúp não hướng các nguồn lực vào việc học vào những thời điểm thích hợp. Thức ăn có thể khiến ốc sên cảnh giác hơn với các nguồn thức ăn tiềm năng gần đó; bàn chải với nguy hiểm có thể tăng cường độ nhạy cảm của họ với các mối đe dọa.

Tuy nhiên, ảnh hưởng đối với ốc sên chỉ là thoáng qua. Giai đoạn học tập phong phú chỉ kéo dài trong 30 phút đến bốn giờ sau khi đào tạo mạnh mẽ. Sau đó, những con ốc sên ngừng hình thành ký ức dài hạn trong quá trình huấn luyện yếu ớt, và không phải vì chúng đã quên quá trình huấn luyện mạnh mẽ của mình - ký ức về điều đó vẫn tồn tại trong nhiều tháng.

Crossley cho biết, việc có một khoảng thời gian quan trọng để học tập nâng cao có ý nghĩa bởi vì nếu quá trình này không được tắt, thì “điều đó có thể gây bất lợi cho động vật”. Sau đó, con vật không chỉ có thể đầu tư quá nhiều tài nguyên vào việc học mà còn có thể học các liên kết có hại cho sự sống còn của nó.

Thay đổi nhận thức

Bằng cách thăm dò bằng các điện cực, các nhà nghiên cứu đã tìm ra điều gì xảy ra bên trong não của ốc sên khi nó hình thành ký ức dài hạn từ các khóa huấn luyện. Hai điều chỉnh song song trong hoạt động của não xảy ra. Cái đầu tiên mã hóa chính bộ nhớ. Thứ hai là “hoàn toàn liên quan đến việc thay đổi nhận thức của động vật về các sự kiện khác,” Crossley nói. Nó “thay đổi cách nó nhìn thế giới dựa trên những kinh nghiệm trong quá khứ của nó.”

Họ cũng phát hiện ra rằng họ có thể tạo ra sự thay đổi tương tự trong nhận thức của ốc sên bằng cách ngăn chặn tác động của dopamine, chất hóa học trong não được sản xuất bởi tế bào thần kinh kích hoạt hành vi khạc nhổ. Trên thực tế, điều đó khiến tế bào thần kinh phụ trách nhả ra và khiến tế bào thần kinh phụ trách nuốt liên tục hoạt động. Trải nghiệm này có tác dụng chuyển giao tương tự như cách huấn luyện mạnh mẽ đã làm trong các thí nghiệm trước đó: Vài giờ sau, những con ốc sên hình thành trí nhớ dài hạn về cách huấn luyện yếu ớt.

Các nhà nghiên cứu đã vạch ra một cách kỹ lưỡng và tao nhã quá trình từ “hành vi đến nền tảng điện sinh lý của sự tương tác giữa ký ức quá khứ và ký ức mới,” cho biết Pedro Jacob, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Oxford, người không tham gia vào nghiên cứu. “Có kiến ​​thức về cách thức điều này xảy ra một cách máy móc là điều thú vị bởi vì nó có thể được bảo tồn giữa các loài.”

Tuy nhiên, Frank không hoàn toàn tin rằng việc ốc sên không ăn được nước có hương vị sau quá trình huấn luyện sơ sài có nghĩa là chúng không còn ký ức gì về nó. Anh ấy nói, bạn có thể có trí nhớ nhưng không hành động theo nó, vì vậy để phân biệt được điều đó có thể yêu cầu các thí nghiệm tiếp theo.

Glanzman cho biết các cơ chế đằng sau việc học và ghi nhớ giống nhau một cách đáng ngạc nhiên ở động vật thân mềm và động vật có vú như con người. Theo như các tác giả biết, cơ chế chính xác này chưa được chứng minh ở người, Crossley nói. Ông nói: “Đây có thể là một đặc điểm được bảo tồn rộng rãi và do đó là một đặc điểm đáng được quan tâm hơn nữa.

Glanzman cho biết sẽ rất thú vị nếu nghiên cứu liệu sự thay đổi trong nhận thức có thể được thực hiện lâu dài hơn hay không. Anh ấy nghi ngờ rằng điều này có thể xảy ra nếu những con ốc sên bị kích thích gây khó chịu, thứ gì đó khiến chúng bị ốm thay vì thứ chúng thích.

Hiện tại, Crossley và nhóm của ông đang tò mò về điều gì xảy ra trong não của những con ốc sên này khi chúng thực hiện nhiều hành vi chứ không chỉ mở hay ngậm miệng. “Đây là những sinh vật khá hấp dẫn,” Crossley nói. “Bạn không thực sự mong đợi những con vật này có thể thực hiện các loại quy trình phức tạp này.”

Ghi chú của biên tập viên: Loren Frank là một điều tra viên của Sáng kiến ​​Nghiên cứu Tự kỷ của Quỹ Simons (SFARI). Quỹ Simons cũng tài trợ Quanta như một tạp chí độc lập về mặt biên tập. Quyết định tài trợ không có ảnh hưởng đến phạm vi bảo hiểm của chúng tôi.