Zbliżanie się do rozumienia pamięci

Jak działa pamięć? Jest to palącą kwestia od ponad stulecia, od kiedy Richard Semon na początku XX wieku wprowadził termin “engram” jako podstawową jednostkę pamięci w mózgu. Powinienem dodać, że to jest długość czasu, w jakim ta kwestia istniała w nowoczesnej, neuronaukowej postaci. Myślenie o naturze pamięci idzie wstecz aż do wczesnych filozofów greckich. W rzeczywistości mamy dowody, że zrozumieli oni dość szybko, że mózg jest centralny dla funkcji poznawczej:

Nie należy pomijać ważnego rozwoju w hellenistycznej medycynie: odkrycia przez aleksandryjskich anatomów, Herofilusa i Erasistratosa (koniec czwartego/początek trzeciego wieku p.n.e.) układu nerwowego, centralnej roli mózgu w poznaniu i lokomocji i zaobserwowania przez Herofilusa różnych komór w mózgu.

Oczywiście, starożytni filozofowi uważali także, że mamy duszę i że pamięć i myślenie są podstawowymi procesami duszy. Dusza jednak musiała żyć gdzieś w ciele i kontaktować się z fizycznym ciałem, a wczesne obserwacje sugerowały, że była w mózgu. Ta debata ciągnęła się dalej w Średniowieczu. W czasach wielkiego lekarza, Galena, głównym tematem było to, czy pamięć duszy żyje w sercu (kardiocentryczny pogląd), czy w mózgu (encefalocentryczny pogląd). Sam Galen wyznawał encefalocentryczny pogląd, że pamięć i rozum są w mózgu, ale uważał, że inne funkcje, takie jak emocje, są w sercu. To przekonanie nadal rozbrzmiewa w naszej kulturze dzisiaj (zdumiewające, jak uparte potrafią być idee).


Przejdźmy szybko do Semona na początku XX wieku. W tym czasie było już jasno ustalone, że mózg jest narządem pamięci i poznania. Zaakceptowano także, że mózg ma różne, dające się zidentyfikować obszary z wyspecjalizowanymi funkcjami. Semon chciał jednak dokopać się głębiej i zidentyfikować neuroanatomiczne korelaty samej pamięci. Postawił hipotezę, że pamięć jest przechowywana w komórkach mózgu i w tym, jak one łączą się i funkcjonują oraz że pojedyncze wspomnienie będzie skorelowane z pewną fundamentalną jednostką w mózgu, co nazwał engramami. (Nawiasem mówiąc, L Ron Hubbard ukradł ten termin i odnosił go do pamięci przeżytych traumatycznych zdarzeń, które mają być prawdziwymi przyczynami wszystkich naszych problemów psychicznych. Miło widzieć, że termin ten powraca do jego właściwego, naukowego użytku.)  


Przez kolejne stulecie neuronaukowcy próbowali zidentyfikować struktury w mózgu, które odpowiadałyby engramom, ale nie poczynili zbyt wielkich postępów i badania niemal całkowicie zarzucono. To zaś czyni z tej historii ciekawą opowieść ku przestrodze – niekoniecznie należy interpretować brak postępu jako świadectwo, że teoria jest błędna, jeśli po prostu nie mamy technologii lub zdolności poprawnego przetestowania hipotezy. Nigdy nie było realnego powodu do odrzucenia teorii engramów, po prostu było to naukowe limbo, oczekujące na postępy technologii, które pozwolą nam to poprawnie badać.


No cóż, ten dzień nadszedł. Przez ostatnich 12 lat naukowcy czynili niewiarygodne postępy w rozumieniu natury engramów i to pojęcie wróciło jako naukowo użyteczne. Niedawny artykuł daje przegląd tych badań i nasz obecny stan rozumienia: Memory engrams: Recalling the past and imagining the future autorstwa Sheeny A. Josselyn1 i Susumu Tonegawy. Oto główne spostrzeżenia.


Badania sugerują, że engram jest zespołem neuronów, które kodują określoną informację i odpalają razem, kiedy ta informacja jest odtwarzana. Ponadto engram jest częścią większego kompleksu engramów, który obejmuje neurony w hipokampie i ciele migdałowatym, o których już wiadomo, że są niezbędne do formowania pamięci. I jeszcze dalej – informacje mogą być odtwarzane przez aktywowanie nakładających się na nie, związanych wspomnień.  Jak streszczają to autorzy, są dwa kluczowe rodzaje badań, które popierają teorię engramów:   


Odrodzenie się badań engramów można powiązać z dwoma uzupełniającymi się badaniami, w których zastosowano strategię interwencyjną, by celować w poszczególne neurony w engramie magazynującym określoną pamięć u myszy. Jedno badanie pokazało, że usunięcie podzespołu  neuronów w bocznym ciele migdałowatym przypisanych przypuszczalnemu engramowi, zakłócało następnie odzyskiwanie pamięci (utrata funkcji). Drugie badanie pokazało, że sztuczne reaktywowanie podzespołu neuronów zakrętu zębatego hipokampa, które były aktywne podczas przerażającego przeżycia (a więc były częścią przypuszczalnego engramu) powodowało odtworzenie pamięci pod nieobecność zewnętrznych wskazówek (nabycie funkcji). Do kolejnych odkryć w wielu laboratoriach używano podobnych strategii do zidentyfikowania engramów w innych obszarach mózgu, wspierających inne rodzaje pamięci.  


Tak więc, jeśli zabijemy neurony, które łączą przypuszczalny engram z ciałem migdałowatym, informacji nie da się odtworzyć. Ale możemy sztucznie wywołać odtworzenie informacji przez stymulowanie neuronów hipokampa związanych z określonym przypuszczalnym engramem. Super.  


W dalszych badaniach patrzono na to, jak tworzą się engramy. Odkryto, że kiedy tworzy się nowa pamięć, między dostępnymi neuronami zachodzi konkurencja o to, które będą zwerbowane do tej nowej pamięci. Neurony, które są bardziej pobudzone, wygrywają to współzawodnictwo, co sugeruje, że łatwość pobudzenia (czyli jak łatwo jest doprowadzić te neurony do odpalenia) jest ważna dla tworzenia się pamięci. Inne badania pokazują także, że ważna jest również „synaptyczna elastyczność” To jest, zdolność zmiany mocy i natury powiązań (synaps) między neuronami.  


W trzecim rodzaju badania odkryto, że przez manipulowanie neuronami można wstawić myszom całkowicie sztuczną pamięć. To jest mocny dowód na przyczynę i skutek. W czwartym rodzaju badań zidentyfikowano „milczące” engramy – istnieją engramy, których z jakichś powodów nie można odtworzyć w sposób naturalny. Zewnętrzne wskazówki po prostu nie aktywują engramu. Może on jednak być stymulowany sztucznie, co przywraca pamięć.


To są nadal początki. Dobre badanie tego typu wywołuje więcej pytań niż daje odpowiedzi. Prawdopodobnie jest zbyt wcześnie, by powiedzieć, że pojęcie engramu jest wystarczająco mocne, by można go uznać za naukowy fakt, ale zbliżamy się do tego punktu.  Według istniejących badań teoria trzyma się naprawdę dobrze i postęp jest obecnie szybki. Teraz, kiedy już mamy narzędzia badawcze, badania toczą się pełną parą. Jak zawsze jednak, potrzeba dziesięcioleci, by skomplikowane badanie naukowe tego rodzaju mogło dojrzeć. Na razie jednak teoria engramów jest dobrą teorią roboczą, która jest spójna z istniejącymi badaniami i okazuje się owocną teorią po popadnięciu w zapomnienie na niemal stulecie.   


Zeroing In on Memories

NeuroLogica blog, 6 stycznia 2020

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

Steven Novella 

Neurolog, wykładowca na Yale University School of Medicine. Przewodniczący i współzałożyciel New England Skeptical Society. Twórca popularnych (cotygodniowych) podkastów o nauce The Skeptics’ Guide to the Universe. Jest również dyrektorem Science-Based Medicine będącej częścią James Randi Educational Foundation (JREF), członek Committee for Skeptical Inquiry (CSI) oraz członek założyciel Institute for Science in Medicine. Prowadzi blog Neurologica.
(0)
Listy z naszego sadu
Chief editor: Hili
Webmaster:: Andrzej Koraszewski
Collaborators: Jacek Chudziński, Hili, Malgorzata Koraszewska, Andrzej Koraszewski, Marcin Kruk, Henryk Rubinstein
Go to web version