Mozog obsahuje tisíce a tisíce prepojení medzi jeho neurónmi, ktoré sú oddelené malým priestorom známym ako synapsy. Toto je miesto, kde prenos informácií prechádza z neurónu na neurón .

Už nejaký čas sa zistilo, že činnosť synapsie nie je statická, to znamená, že nie je vždy to isté. Môže sa zvýšiť alebo znížiť v dôsledku vonkajších stimulov, ako sú veci, ktoré žijeme. Táto schopnosť modulácie synapsie je známa ako cerebrálna plasticita alebo neuroplasticita.

Doteraz sa predpokladalo, že táto schopnosť modulovať synapsie sa aktívne zúčastňuje dvoch činností, ktoré sú dôležité pre rozvoj mozgu ako učenie a pamäť. Hovorím až doteraz, pretože existuje nový alternatívny prúd k tejto vysvetľujúcej schéme, podľa ktorej pochopiť fungovanie pamäte synapsí nie sú tak dôležité ako sa bežne verí.

História synapsií

Vďaka Ramónovi a Cajalovi vieme, že neuróny netvoria zjednotené tkanivo, ale všetky sú oddelené vnútornými priestormi, mikroskopickými miestami, ktoré neskôr nazvali Sherrington "synapsy". O desaťročia neskôr by psychológ Donald Hebb ponúkol teóriu, podľa ktorej synapsie nie sú vždy rovnaké v čase a môžu byť modulované, to znamená, že hovoril o tom, čo vieme ako neuroplasticitu: Dva alebo viacero neurónov môže spôsobiť konsolidáciu alebo degradáciu vzťahov medzi nimi , čím sa určité komunikačné kanály častejšie než iné. Ako zvedavý fakt, päťdesiat rokov pred uplatnením tejto teórie, Ramón y Cajal zanechal dôkaz o existencii tejto modulácie vo svojich spisoch.

Dnes poznáme dva mechanizmy, ktoré sa používajú v procese mozgovej plasticity: dlhodobá potenciacia (LTP), čo je intenzifikácia synapsie medzi dvoma neurónmi; a dlhodobej depresie (LTD), ktorá je opačná ako prvá, tj zníženie prenosu informácií.

Pamäť a neurovedy, empirické dôkazy s kontroverzizmom

Učenie je proces, pomocou ktorého spájame veci a udalosti v živote s cieľom získať nové vedomosti. Pamäť je činnosť zachovania a udržania týchto vedomostí, ktoré sa naučili v priebehu času. Počas celej histórie boli vykonané stovky pokusov o hľadanie toho, ako mozog vykonáva tieto dve aktivity.

Klasika v tomto výskume je práca Kandel a Siegelbaum (2013) s malým bezstavovcom, morským slimákom známym ako Aplysia. V tomto prešetrovaní, videli, že zmeny v synaptickej vodivosti boli spôsobené ako dôsledok toho, ako zviera reaguje na životné prostredie , čo dokazuje, že synapse je zapojená do procesu učenia a memorovania. Ale novší experiment s Aplysia od Chen a kol. (2014) našiel niečo, čo sa stotožňuje s predchádzajúcimi závermi. Štúdia odhalila, že dlhodobá pamäť pretrváva v zvierati v motorických funkciách po tom, čo synapse bola inhibovaná liekmi, čo spochybňuje myšlienku, že synapsia sa zúčastňuje na celom pamäťovom procese.

Ďalší prípad, ktorý podporuje túto myšlienku, vyplýva z experimentu, ktorý navrhli Johansson a kol. (2014). Pri tejto príležitosti boli študované Purkinje bunky mozočku. Tieto bunky majú medzi svojimi funkciami kontrolu nad rytmom pohybov a sú stimulované priamo a pod inhibíciou synapsií pomocou liekov, proti všetkým prognózeam aj naďalej stanovovali tempo. Johansson došiel k záveru, že jeho pamäť nie je ovplyvnená vonkajšími mechanizmami a že samotné Purkyňove bunky riadia mechanizmus individuálne nezávisle od vplyvu synapsí.

Napokon, projekt Ryana a kol. (2015) slúžil na preukázanie, že sila synapsie nie je kritickým bodom pri konsolidácii pamäti. Podľa jeho práce pri injekčnom podaní inhibítorov proteínov u zvierat sa produkuje retrográdna amnézia, to znamená, že si nemôžu uchovať nové vedomosti. Ak však v tejto situácii používame malé záblesky svetla, ktoré stimulujú produkciu určitých bielkovín (metóda známa ako optogenetika), môžeme zachovať pamäť napriek indukovanej chemickej blokáde.

Učenie a pamäť, jednotné alebo nezávislé mechanizmy?

Aby sme si na niečo zapamätali, musíme sa o tom najprv dozvedieť , Neviem, či je to kvôli tomu, ale súčasná neurovedecká literatúra má tendenciu spojiť tieto dva pojmy a experimenty, na ktorých sú založené, zvyčajne majú nejednoznačný záver, ktorý neumožňuje rozlišovať medzi procesom učenia a pamäťou, čo sťažuje pochopenie, ak používajú spoločný mechanizmus alebo nie.

Dobrým príkladom je práca Martina a Morrise (2002) v štúdiu hipokampu ako vzdelávacieho centra. Výskumná základňa sa zamerala na receptory N-metyl-D-aspartátu (NMDA), ktorý rozpoznáva neurotransmiterový glutamát a zúčastňuje sa na LTP signáli. Ukázali, že bez dlhotrvajúceho potenciovania buniek hypotalamu nie je možné naučiť sa nové vedomosti. Experiment spočíval v podávaní blokátorov NMDA receptorov u potkanov, ktoré zostali vo vodnom bubne s raftom, a to na rozdiel od potkanov bez inhibítorov, ktoré sa nedokázali naučiť umiestnenie plavidla opakovaním testu.

Následné štúdie odhaľujú, že ak potkan dostáva tréning pred podaním inhibítorov, potkan "kompenzuje" stratu LTP, to znamená, že má pamäť. Záver, ktorý chceme ukázať, je to LTP sa aktívne zapája do učenia, ale nie je tak jasné, že to robí pri získavaní informácií .

Implikácia mozgovej plasticity

Existuje veľa experimentov, ktoré to dokazujú neuroplasticita sa aktívne podieľa na získavaní nových vedomostí , napríklad v horeuvedenom prípade alebo pri tvorbe transgénnych myší, v ktorých je odstránený gén na produkciu glutamátu, čo závažne bráni učeniu sa zvieraťa.

Namiesto toho sa vaša úloha v pamäti začína viac spochybňovať, ako ste si prečítali s niekoľkými citovanými príkladmi. Bola objavená teória, že mechanizmus pamäte je skôr vo vnútri buniek než v synapsách. Ale ako to naznačuje psychológ a neurolog Ralph Adolph, neuroveda vyrieši, ako učenie a pamäť funguje v nasledujúcich päťdesiatich rokoch , to znamená, že len čas objasňuje všetko.

Bibliografické odkazy:

• Chen, S., Cai, D., Pearce, K., Sun, P.Y.-W., Roberts, A.C., a Glanzman, D.L. (2014). Obnovenie dlhodobej pamäte po vymazaní jej behaviorálneho a synaptického prejavu v Aplysii. eLife 3: e03896. dva: 10.7554 / eLife.03896.
• Johansson, F., Jirenhed, D.-A., Rasmussen, A., Zucca, R. a Hesslow, G. (2014). Pamäťová stopa a časový mechanizmus lokalizovaný do cerebellar Purkinje buniek. Proc. Natl. Acad. Sci. 111, 14930-14934. doi: 10.1073 / pnas.1415371111.
• Kandel, E. R. a Siegelbaum, S.A. (2013). "Bunkové mechanizmy implicitného ukladania pamäte a biologický základ individuality", v princípoch neurónovej vedy, 5. edn., Eds ER Kandel, JH Schwartz, TM Jessell, Siegelbaum SA a AJ Hudspeth (New York, NY: McGraw-Hill ), 1461-1486.
• Martin, S. J. a Morris, R. G. M. (2002). Nový život v starom myšlienke: hypotéza synaptickej plasticity a pamäti. Hippocampus 12, 609-636. dva: 10.1002 / hipo.10107.
• Ryan, T.J., Roy, D.S., Pignatelli, M., Arons, A., a Tonegawa, S. (2015). Engramové bunky si zachovajú pamäť pri retrográdnej amnezii. Science 348, 1007-1013. dva: 10.1126 / science.aaa5542.

Sebastian Seung: I am my connectome (Marec 2024).