Način na koji nečije pamćenje funkcionira prilično je komplicirano. Kako funkcionira ljudsko pamćenje?

Znanstvenici pokušavaju poboljšati ljudsko pamćenje pomoću električnih impulsa

Sve informacije koje su pohranjene “u glavi” mi uzimamo zdravo za gotovo. Međutim, zapravo je mehanizam pamćenja toliko složen da ga znanstvenici ne uspijevaju u potpunosti razumjeti. Ipak, gotovo svake godine dolazi do novih otkrića.

Fotografija fb.ru

Ukupno 200 elektroda ugrađeno je u mozak više od dvadeset pacijenata s epilepsijom (to su najčešće uočeni poremećaji pamćenja), znanstvenici sa Sveučilišta u Pennsylvaniji ugradili su ukupno 200 elektroda. Zatim su električnim impulsima počeli stimulirati centre odgovorne za pamćenje. Istovremeno je svaka elektroda radila iu načinu snimanja, registrirajući do tisuću indikatora u sekundi. To je pomoglo ne samo pratiti proces, već i razviti individualni algoritam "liječenja" za svakog pacijenta. Rezultat - pamćenje poboljšano za 15%. Dok su znanstvenici na samom početku puta. Krajnji cilj je razviti uređaj koji se uvjetno može nazvati “moždani pacemaker”. Zašto ne?

Svatko je drugačiji

Pamćenje je sposobnost pohranjivanja informacija i njihove reprodukcije. Svojstveno je svim stvorenjima koja imaju živčani sustav, ali svaka vrsta ima svoje nijanse. Na primjer, koelenterati - meduze i ctenofores - imaju samo jednostavne sumacijske (kratkoročne) reflekse. Kod člankonožaca pamćenje je gotov program reakcija na uvjete okoline. Glavonošci, ptice i sisavci već imaju sasvim pristojne sposobnosti pamćenja. Ali ljudi su obdareni najsavršenijim mehanizmom pamćenja. Štoviše, "vezana" je za individualne karakteristike. Primjerice, već u djetinjstvu se može reći prevladava li djetetovo pamćenje slika, asocijativno ili apstraktno pamćenje. U ovom slučaju, često se nedostaci jedne vrste memorije mogu nadoknaditi drugim.

Tako nervozan...

Mozak sadrži 86 milijardi živčanih stanica koje odašilju impulse posebnim kontaktima – sinapsama. Japanski znanstvenici uveli su najmanje čestice svjetlosti u ljudski mozak i snimili taj proces videom. Što je rad misli bio intenzivniji (primjerice, kod rješavanja matematičkih zadataka), to su neuroni postajali aktivniji. Kretali su se sve brže i brže u kontinuiranom toku, pomalo podsjećajući na amebe (rod mikroskopskih jednostaničnih protozoa). Ispostavilo se da dobro poznati izraz "pokreni mozak" ima izravno značenje.

Samu memoriju možemo podijeliti u nekoliko vrsta. Prvi je trenutni, koji traje nekoliko sekundi. Obično hodate ulicom, pogledate okolo i odmah zaboravite što ste vidjeli, zar ne? Kratkotrajno pamćenje omogućuje nam da se nečega sjećamo nekoliko sati. Ali ako je informacija iznimno korisna, odlazi u dugoročni oblik pamćenja, gdje se pohranjuje od nekoliko dana do cijelog života.

Misaoni div

Dugoročno pamćenje formira se otprilike 5-8 sati nakon primitka važne informacije. U tom slučaju nastaju proteini s posebnom molekularnom strukturom i nastaje zasebna neuronska mreža. Kada je potrebno nešto zapamtiti, poziva se materijal “snimljen” na različitim točkama u lancu i zatim se oblikuje u smisleni zaplet.

Broj neuronskih veza povećava se u procesu odrastanja. Dakle, malo dijete ima neurone, ali među njima praktički nema nikakvih veza. Počinju se pojavljivati ​​tek u procesu poznavanja svijeta oko nas. Usporedimo li ljudski mozak s računalom, on bi mogao pohraniti do 7 milijuna megabajta. Ima ih puno, ali ne zna se niti jedna osoba u povijesti koja bi doista dosegla takve visine inteligencije (radi se o tome kako zapamtiti sve knjige dostupne u Nacionalnoj knjižnici).

S godinama dolazi do prirodnih promjena u mozgu - smanjuje se broj živčanih stanica, veze slabe. Ovaj put možete odgoditi. Sve počinje pravilnim spavanjem i prehranom. Na primjer, hrana siromašna proteinima i vitaminima smanjuje sposobnost pamćenja. A uključivanje u prehranu hrane bogate magnezijem, kalcijem i glutaminskom kiselinom, naprotiv, poboljšava ga. Loš učinak na pamćenje i neaktivan način života. I, naprotiv, "voli" promjenu dojmova, komunikaciju s ljudima, aktivnosti na otvorenom i sport. Tako se ispostavlja da trčanje može pobjeći ne samo od srčanog udara, već i od skleroze.

ZNATIŽELJAN

Amerikanka Kim Peak, prototip protagonista filma “Kišni čovjek”, imala je fenomenalno pamćenje. Pamtio je 98% svih informacija koje je pročitao, a mogao je istovremeno desnim okom čitati desnu, a lijevim okom lijevu stranicu knjige. Ali Kim je rođena s kraniocerebralnom kilom, oštećenjem malog mozga i nedostatkom corpus callosuma (odjel koji povezuje hemisfere mozga). Jasno je da takve stvari ne vode u darovitost. Međutim, kako su znanstvenici otkrili, slučaj Kim Peak je jedinstven - zbog nepostojanja corpus callosuma, neuroni su stvorili nove veze, što je dovelo do višestrukog povećanja pamćenja upravo zbog patoloških struktura.

NADLEŽAN

Vladimir Kulchitsky, akademik, zamjenik direktora za istraživanje na Institutu za fiziologiju Nacionalne akademije znanosti:

Znanstvena istraživanja potvrđuju da je pravilan san neophodan za normalno funkcioniranje mozga, a posebno mehanizama ljudskog pamćenja. Uostalom, suprotno uvriježenom mišljenju o snu kao spokojnom miru, ovo je samo jedno od najaktivnijih stanja našeg mozga. Mnogo je primjera (osobito Dmitrij Mendeljejev sa svojim periodnim sustavom) kada su znanstvenici u snu došli do ideja o znanstvenim otkrićima. Salvador Dali je zaspao sjedeći, držeći težak ključ u ruci. Čim mu je stisak popustio dok je tonuo u san, ključ je iskliznuo i probudio ga urlikom. Umjetnik je vjerovao da mu to pomaže izvući nove misli i ideje za slike iz graničnog stanja između sna i budnosti. A koliko legendi o proročkim snovima postoji!

Jeste li se ikada zapitali zašto mala djeca mlađa od tri godine toliko spavaju? Činjenica je da u prvim godinama života na dijete pada toliki tok raznih informacija i dojmova da mozgu treba vremena da ih obradi. Da bi se kratkoročno pamćenje pretvorilo u dugoročno, moraju se formirati novi interneuronski kontakti, a njihovo nastajanje je najbolje učiniti tijekom "uspavane aktivnosti" živčanih stanica. Ako proces navedemo jednostavnim riječima, onda postoji sistematizacija (kao da se "slaže po policama") svega što nam se dogodilo tijekom razdoblja budnosti. "Provodi" ovaj dio mozga koji se naziva hipokampus. On je taj koji je odgovoran za to da informacije ne budu samo poslane na određenu adresu, već i “arhivirane” u nadležnim odjelima. Dakle, u slučaju nepoštivanja optimalnog dnevnog režima (a normalno, prosječna osoba treba spavati najmanje sedam sati), ti se procesi krše, dolazi do kvarova. A budući da se pogreške imaju tendenciju gomilanja, to negativno utječe na mehanizme pamćenja općenito, a često i na ljudsko zdravlje.

Međutim, postoje primjeri istaknutih ličnosti kojima je navodno trebalo vrlo malo vremena za spavanje. Na primjer, vjeruje se da Napoleon Bonaparte nije spavao više od četiri sata. Međutim, čini mi se da su te tvrdnje samo djelomično točne. Doista, neko vrijeme osoba može (zbog životnih okolnosti) postojati u ekstremnom ritmu. Ali nemoguće je živjeti ovako cijelo vrijeme – mozak jednostavno ne može izdržati preopterećenje. Promatranja pokazuju da takvi ljudi (uz svu njihovu genijalnost) žive mnogo manje od drugih. I, u pravilu, razlikuju se po nestabilnoj psihi. Inače, pojavili su se znanstveni članci o povezanosti nedostatka sna i učestalosti Alzheimerove bolesti.

I obrnuto, promatranja stogodišnjaka pokazuju da svi pravilno jedu, poštuju dnevnu rutinu i vode aktivan način života.

ljudsko pamćenje izuzetno ekonomičan. Kad bi zadržao sve iritantne čimbenike i sve informacije, sve dnevne sitnice, onda bi najvjerojatnije mozak eksplodirao ili bismo zbog pretjeranog izlaganja podražajima postali nesposobni.

Mozak razlikuje i odabire nove informacije kako bi mogao učinkovitije raditi. A taj izbor mozak svake osobe donosi pojedinačno. U sjećanju se zadržavaju samo one stvari kojima pridajemo posebnu važnost i koje svjesno i emocionalno obrađujemo. Dakle, osjećaji igraju značajnu ulogu u procesu pohranjivanja informacija u memoriju.. Za to je odgovoran takozvani limbički sustav koji se, prema građi mozga, nalazi neposredno ispod kore velikog mozga. Limbički sustav, središte osjetila i mozga, također uključuje "novi detektor" hipokampus, koji procjenjuje pristigle informacije s emocionalnog gledišta. Nikakva nova informacija vezana uz bilo kakve činjenice ili biografska sjećanja ne ulazi u dugoročno pamćenje bez prolaska kroz limbički sustav, koji služi kao filter, traži samo one informacije koje su potrebne, povezuje ih s osjećajima, a zatim ih distribuira u moždanu koru. . Što se taj proces češće događa, što je jače emocionalno obojen, te će se informacije brže naučiti i duže pohraniti u pamćenje.

Novost, značenje i intenzitet emocionalne obojenosti odlučujući su čimbenici u tome što ćemo zadržati u sjećanju. Jaki emocionalni događaji drugačije se obrađuju od onih manjih, strane činjenice doživljavaju se lošije od osobnog iskustva. Neutralne informacije, poput običnog školskog gradiva, moraju se svjesno obraditi, ponavljati, transformirati, nadopunjavati i jednostavno pamtiti. Primjenjuje se princip Prvi ušao zadnji izašao“, što znači: ono što je osoba prvo naučila najbolje se pamti. Svježe informacije tek nakon svjesnog objašnjenja mogu se dugo pohraniti u pamćenje.

Stoga je izraz "prenijeti znanje" pogrešan. Znanje se ne može u potpunosti prenijeti, već se mora ugraditi u pamćenje svake osobe kroz vlastiti sustav živčanih veza. Goethe je rekao prekrasnu rečenicu: "Morate steći svoje znanje da biste ga posjedovali!".

Samo zato što je naš mozak vrlo štedljiv i ima mnogo filtera, međutim, ne znači da naša velika pohrana, naša dugoročna memorija, može ikada biti puna. Kora velikog mozga ima neshvatljivo veliku količinu pamćenja. I što ga više zasitimo, naš mozak može brže i bolje razmišljati i pamtiti nove informacije.

Moja kći je krenula u prvi razred i suočila se s činjenicom da se pravila moraju naučiti napamet. U početku joj je bilo jako teško. Čak i ako je uspjela ponoviti cijeli tekst u prvom satu nakon memoriranja, kasnije su se neke informacije izgubile. I zapamtio sam ta pravila napamet iz škole.

Tada je moj mali genijalac postavio sasvim logično i mudro pitanje: “Zašto se ne mogu sjetiti pravila koje sam danas naučio, a ti ga još znaš?”. Nisam žurio s odgovorom – odlučio sam proučiti teoriju i usporediti je sa životnim iskustvom.

Istraživanje sam započeo od osnova. Što je memorija? Gdje je pohranjeno ljudsko pamćenje? Kakva je struktura memorije?

Po definiciji, to je misaoni proces koji se sastoji od sljedećih komponenti: pamćenje, pohranjivanje, reprodukcija i zaboravljanje.

Kako funkcionira pamćenje? Formira se tijekom života i pohranjuje naše životno iskustvo. Fizički, proces se može opisati pojavom novih veza između ogromnog broja moždanih neurona.

Procesi u mozgu nisu u potpunosti shvaćeni, a znanstvenici nastavljaju istraživanja u ovom području ljudskog tijela.

Još uvijek se raspravlja o mjestu ljudskog pamćenja. Do danas je dokazano da su za ovaj dio svijesti odgovorni sljedeći dijelovi mozga: subkortikalni hipokampus, hipotalamus, talamus i kora velikog mozga.

Glavna mjesta skladištenja su hipokampus i korteks. Hipokampus se nalazi u temporalnom režnju s obje strane mozga. Na pitanje koja je hemisfera odgovorna za pamćenje, sa sigurnošću možemo odgovoriti da obje, samo desni režanj “kontrolira” činjenične i jezične podatke, a lijevi režanj kontrolira kronologiju životnih događaja.

Pojava neuronskih veza posljedica je rada receptora osjetilnih organa: vida, okusa, mirisa, dodira i sluha. Mozak hvata sve električne impulse iz njih, a najsjajniji trenuci koji izazivaju jake emocije (na primjer, prva ljubav) bolje se pamte.

Dakle, ljudske emocije utječu na pamćenje.

U svakoj osobi moguća je prevlast svojstva pamćenja kroz bilo koji osjetilni organ.

Primjerice, neki dobro nauče tekst iz udžbenika dok čitaju, drugima je bolje da čuju tekst od druge osobe, treći imaju izvrsno pamćenje mirisa itd.

Razni vanjski i unutarnji čimbenici utječu na "kvalitetu" našeg pamćenja. Postoji mnogo razloga koji uzrokuju kršenja ovog procesa.

Unutarnji uzroci uključuju neispravno rukovanje informacijama u sljedećim područjima:

• pamćenje - kako se informacije ne bi zaboravile, morate raditi s njima;
• smetnje - velika količina novih informacija dovodi do zaboravljanja važnih prethodno stečenih informacija;
• potiskivanje - negativna sjećanja se brže zaboravljaju;
• iskrivljenje - pamćenje i reprodukcija informacija događa se u pozadini naših osjećaja i emocija, stoga takva obrada čini podatke subjektivnim;
• pogreške u pohrani i reprodukciji - ako su podaci zapamćeni s pogreškama ili netočnostima, ili ne u potpunosti, tada će njihova reprodukcija biti netočna.

Dovoljni su i vanjski razlozi:

1. Genetski poremećaji (na primjer, autizam).
2. Hormonalni poremećaji (uključujući dijabetes melitus, patologiju štitnjače).
3. Depresivna ili stresna stanja i bolesti (neuroza, shizofrenija).
4. Iscrpljenost tijela uzrokovana prekomjernim radom, nesanicom, bolešću, lošom prehranom, alkoholizmom, pušenjem, uzimanjem određenih lijekova (na primjer, benzodiazepina).
5. Promjene povezane s dobi (Alzheimerova bolest).

Posebno štetno, uz bolesti i ozljede, ovisnost o alkoholu utječe na pamćenje. Poznato je da čak i jednokratna uporaba alkohola dovodi do poremećaja, a kod alkoholizma dolazi do razaranja neuronskih veza u hipokampusu, poremećaja cerebralne cirkulacije i pojave beriberija.

Sve to dovodi do gubitka sposobnosti usvajanja novih informacija.

Akutna stanja poput moždanog i srčanog udara također mogu uzrokovati razaranje neuronskih veza, a posljedice mogu biti ogromne, a oporavak zahtijeva puno vremena, truda i strpljenja. Ponekad su svi pokušaji neuspješni.

Hipokampus sadrži tvar - acetilkolin - odgovornu za prijenos impulsa s jednog neurona na drugi. Njegov nedostatak uzrokuje oštećenje pamćenja. Ova pojava se posebno uočava u starijoj dobi i uzrokuje Alzheimerovu bolest.

Struktura

Dugo proučavanje funkcioniranja ljudskog pamćenja dovelo je do stvaranja detaljne klasifikacije. Jedan od kriterija je i trajanje pohrane informacija. Prema tome, mogu se razlikovati sljedeće vrste memorije:

• instant (dodir);
• kratkoročno;
• operativni;
• dugoročno.

Trenutačno je karakterizirano činjenicom da su informacije fiksirane receptorima osjetilnih organa, ali se ne mogu obraditi. Ona se, pak, dijeli na ikoničku (vizualna percepcija) i ehoična (slušna percepcija).

Primjer ikoničnog prikaza - vidite banner s reklamom i telefonskim brojem na ulici, u sekundi se više nećete sjećati tog broja. Ehoični pogled se može vidjeti i na reklamama, ali niste vidjeli telefonski broj, već ste ga čuli na radiju. Trenutna memorija omogućuje vam pohranjivanje informacija do 5 sekundi.

Kratkotrajnost je posljedica jednokratne percepcije i neposredne reprodukcije. Ako uzmemo primjer s pravilom za prvi razred, kada ga kći čita slog po slog jednom bez ponavljanja. Moći će zadržati pravilo u pamćenju u vremenskom razdoblju od 5 sekundi do jedne minute.

Hipokampus je odgovoran za kratkoročno pamćenje. Dokaz je činjenica da kada je hipokampus oštećen (primjerice tijekom operacije), osoba odmah zaboravi događaj koji mu se upravo dogodio, ali se sjeća informacija nakupljenih prije oštećenja.

Radno pamćenje je isto što i kratkoročno pamćenje, ali se informacije pohranjuju samo u razdoblju njegovog korištenja. Na primjer, kćer je pročitala pravilo i njime dovršila vježbu iz zadaće, a onda zaboravila.

Ova vrsta omogućuje osobi da brzo riješi problem ovdje i sada i zaboravi kasnije nepotrebne informacije.

Dugotrajno pohranjen u moždanoj kori. Razvija se istovremeno s kratkotrajnim i njegova je posljedica. Nakon ponovljenog pamćenja i primjene informacija koje se nalaze unutar kratkoročnog pamćenja, one se fiksiraju u mozgu, točnije u moždanoj kori, na duže vrijeme ili čak doživotno.

Ovo je primjer gdje se pravilo naučeno u prvom razredu i primjenjivano kroz 11 godina školovanja zauvijek pamti. Dugoročno pamćenje zahtijeva sudjelovanje svih resursa svijesti: mentalnih, osjetilnih i intelektualnih.

Samo svjesne i potpuno smislene informacije mogu zauzeti mjesto u dugoročnom pamćenju osobe.

Struktura pamćenja je pojednostavljena na sljedeći način: pamćenje - pohranjivanje - reprodukcija. Prilikom pamćenja grade se nove neuronske veze.

Zahvaljujući tim vezama pamtimo (reproduciramo) informacije. Sjećanja se mogu izvući iz dugoročnog pamćenja sama ili pod utjecajem podražaja na određene dijelove mozga (primjerice, hipnoza).

Na trajanje pohrane informacija utječe pozornost osobe na potonje. Što je više pažnje usmjereno, to će informacije biti duže pohranjene.

Zaborav je također sastavni dio sjećanja. Ovaj proces je neophodan za oslobađanje središnjeg živčanog sustava od nepotrebnih sjećanja.

Zaključak

Sada mogu odgovoriti na pitanje svoje kćeri:

1. Pamćenje je proces nekoliko odvojenih komponenti. Da biste zapamtili informacije, morate ih shvatiti, ponoviti mnogo puta i povremeno primijeniti u praksi. To je zbog određenih svojstava mozga i, sukladno tome, postojanja nekoliko vrsta pamćenja.
2. Važno je znati gdje je memorija pohranjena kako bismo razumjeli o čemu ovisi pamćenje pravila. Nalazi se u mozgu s velikim brojem neurona. Za fiksiranje informacija u cerebralnom korteksu potrebno je stvoriti snažne neuronske veze.
3. Poznavanje načina na koji funkcionira pamćenje pomoći će u njegovom razvoju i uživati ​​u ovom procesu.

Ovaj dio svijesti povezan je s osjetilima, pa možete promatrati kako se tekst bolje pamti: prilikom čitanja ili na sluh.

Proces pamćenja također je povezan s intelektom: što više i bolje učimo, to će lakše pamćenje biti kasnije.

Uspješno pamćenje povezano je s mentalnim stanjem osobe: depresivno raspoloženje može ometati proces; Što više pozitivnih emocija, interesa osoba pokazuje za informacije, to ih pažljivije proučava i bolje pamti.

Stoga je važno imati pozitivan stav. Za djecu možete stvoriti uvjete da igra privuče pažnju.

Potreba za razvojem

Uređaj ljudskog pamćenja sugerira odnos s inteligencijom. Razvijajući ga, razvijamo intelekt.

Osoba koja puno vremena posvećuje pamćenju i razumijevanju postaje pažljivija i organiziranija, razvija sve vrste mišljenja, mašte i kreativnosti. Osim toga, takav trening mozga sprječava bolesti povezane sa starenjem povezane s oštećenjem pamćenja.

Ovisno o ciljevima učenja pamćenja, postoje tri područja primjene:

1. Smjer kućanstva - potrebno je ukloniti zaboravnost na razini kućanstva (na primjer, povremeno zaboravljanje telefona kod kuće).
2. Prirodno - kada se vježbanje pamćenja kombinira sa zdravim načinom života, a rezultati se mogu koristiti u bilo kojem području ljudske aktivnosti.
3. Umjetno je korištenje mnemotehnike, čiji razvoj vam omogućuje da zapamtite ogromne količine različitih informacija.

Nije važno koju metodu odaberete, ali ako se prouči barem jedna od njih, to će već biti korak prema samopoboljšanju i prilika da idete dalje. Ove neprocjenjive vještine će vam nesumnjivo dobro doći u bilo kojem području života, čineći vas uspješnim i sretnim.

Misterij ljudskog pamćenja jedan je od glavnih znanstvenih problema 21. stoljeća, a morat će se riješiti zajedničkim naporima kemičara, fizičara, biologa, fiziologa, matematičara i predstavnika drugih znanstvenih disciplina. I premda smo još daleko od potpunog razumijevanja što nam se događa kada se „sjećamo“, „zaboravljamo“ i „ponovno sjećamo“, važna otkrića posljednjih godina pokazuju pravi put.

Jedan od glavnih problema neurofiziologije je nemogućnost provođenja pokusa na ljudima. Međutim, čak i kod primitivnih životinja osnovni mehanizmi pamćenja slični su našima.

Pavel Balaban

Danas se čak i odgovor na osnovno pitanje - što je pamćenje u vremenu i prostoru - može sastojati uglavnom od hipoteza i pretpostavki. Ako govorimo o prostoru, još uvijek nije sasvim jasno kako je memorija organizirana i gdje se točno u mozgu nalazi. Ove znanosti sugeriraju da su njegovi elementi prisutni posvuda, u svakom od područja naše "sive tvari". Štoviše, naizgled iste informacije mogu biti zabilježene u memoriji na različitim mjestima.

Primjerice, utvrđeno je da je prostorno pamćenje (kada se prvi put sjećamo određenog okruženja - sobe, ulice, krajolika) povezano s dijelom mozga koji se naziva hipokampus. Kad ovu situaciju pokušamo izvući iz sjećanja, recimo, deset godina kasnije, to će sjećanje već biti izvučeno iz sasvim drugog područja. Da, pamćenje se može kretati unutar mozga, a ovu tezu najbolje ilustrira eksperiment koji je svojedobno proveden s kokošima. U životu tek izleženih pilića veliku ulogu igra imprinting – trenutno učenje (a smještanje u memoriju je učenje). Na primjer, kokoš vidi veliki pokretni objekt i odmah "utisne" u mozak: ovo je majka kokoš, morate je slijediti. Ali ako se nakon pet dana iz pileta ukloni dio mozga odgovoran za otiskivanje, ispostavlja se da... zapamćena vještina nije nestala. Preselio se u drugo područje, a to dokazuje da postoji jedno spremište za trenutne ishode učenja, a drugo za dugoročnu pohranu.

Sjećamo se sa zadovoljstvom

Ali još više iznenađuje da ne postoji tako jasan slijed premještanja memorije iz operativne u trajnu, kao što se to događa u računalu, u mozgu. Radno pamćenje, fiksirajući trenutne osjete, istovremeno pokreće druge mehanizme pamćenja - srednjoročne i dugoročne. Ali mozak je energetski intenzivan sustav i stoga pokušava optimizirati trošenje svojih resursa, uključujući pamćenje. Stoga je priroda stvorila višefazni sustav. Radna memorija se brzo formira i jednako brzo uništava - za to postoji poseban mehanizam. Ali uistinu važni događaji bilježe se za dugotrajnu pohranu, dok se njihova važnost naglašava emocijama, odnosom prema informacijama. Na razini fiziologije, emocija je aktivacija najmoćnijih biokemijskih modulacijskih sustava. Ti sustavi oslobađaju hormone-medijatore koji mijenjaju biokemiju pamćenja u pravom smjeru. Među njima su, primjerice, razni hormoni zadovoljstva, čiji nazivi ne podsjećaju toliko na neurofiziologiju koliko na kriminalnu kroniku: to su morfiji, opioidi, kanabinoidi - odnosno narkotičke tvari koje proizvodi naše tijelo. Konkretno, endokanabinoidi se stvaraju izravno u sinapsama, spojevima živčanih stanica. Oni utječu na učinkovitost tih kontakata i tako "potiču" bilježenje ovih ili onih informacija u memoriju. Druge tvari iz reda posredničkih hormona mogu, naprotiv, potisnuti proces premještanja podataka iz radne memorije u dugoročnu memoriju.

Sada se aktivno proučavaju mehanizmi emocionalnog, odnosno biokemijskog jačanja pamćenja. Jedini je problem što se ovakva laboratorijska istraživanja mogu provoditi samo na životinjama, no koliko nam laboratorijski štakor može reći o svojim emocijama?

Ako smo nešto pohranili u memoriju, ponekad dođe vrijeme da se te informacije prisjetimo, odnosno izvučemo iz memorije. Ali je li riječ "ekstrakt" točna? Očigledno, ne baš puno. Čini se da memorijski mehanizmi ne izvlače informacije, već ih ponovno generiraju. U tim mehanizmima nema informacija, baš kao što nema glasa ni glazbe u hardveru radio prijemnika. Ali s prijemnikom je sve jasno - on obrađuje i pretvara elektromagnetski signal koji prima antena. Kakav se "signal" obrađuje kada se memorija dohvati, gdje i kako se ti podaci pohranjuju, još je vrlo teško reći. No, već je poznato da se prilikom pamćenja memorija prepisuje, modificira, ili se to barem događa kod nekih vrsta memorije.

Ne struja nego kemija

U potrazi za odgovorom na pitanje kako se pamćenje može modificirati ili čak izbrisati, posljednjih su godina došlo do važnih otkrića, a pojavilo se i niz radova o "molekuli pamćenja".

Naime, već dvjestotinjak godina pokušavaju izolirati takvu molekulu, ili barem neki materijalni nositelj misli i sjećanja, ali bez puno uspjeha. Na kraju su neurofiziolozi došli do zaključka da u mozgu nema ničeg specifičnog za pamćenje: postoji 100 milijardi neurona, postoji 10 kvadrilijuna veza između njih, a negdje, u tom kozmičkom mjerilu, pamćenje, misli i ponašanje su jednolično kodirano. Pokušalo se blokirati određene kemikalije u mozgu, što je dovelo do promjene u pamćenju, ali i do promjene u cjelokupnom funkcioniranju organizma. Tek 2006. godine pojavili su se prvi radovi o biokemijskom sustavu koji se čini vrlo specifičnim za pamćenje. Njezina blokada nije uzrokovala nikakve promjene ni u ponašanju ni u sposobnosti učenja - samo gubitak dijela pamćenja. Na primjer, sjećanje na situaciju ako je blokator uveden u hipokampus. Ili o emocionalnom šoku ako je blokator ubrizgan u amigdalu. Otkriveni biokemijski sustav je protein, enzim nazvan protein kinaza M-zeta, koji kontrolira druge proteine.

Jedan od glavnih problema neurofiziologije je nemogućnost provođenja pokusa na ljudima. Međutim, čak i kod primitivnih životinja osnovni mehanizmi pamćenja slični su našima.

Molekula djeluje na mjestu sinaptičkog kontakta - kontakta između moždanih neurona. Ovdje je potrebno napraviti jednu važnu digresiju i objasniti specifičnosti tih istih kontakata. Mozak se često uspoređuje s računalom, pa mnogi ljudi misle da su veze između neurona, koji stvaraju sve što nazivamo mišljenjem i pamćenjem, isključivo električne prirode. Ali nije. Jezik sinapsi je kemija, ovdje neke oslobođene molekule, poput ključa s bravom, stupaju u interakciju s drugim molekulama (receptorima) i tek tada počinju električni procesi. O učinkovitosti, većoj propusnosti sinapse ovisi koliko će specifičnih receptora biti isporučeno kroz živčanu stanicu do mjesta kontakta.

Protein s posebnim svojstvima

Protein kinaza M-zeta samo kontrolira isporuku receptora kroz sinapsu i tako povećava svoju učinkovitost. Kada se te molekule aktiviraju istovremeno u desecima tisuća sinapsi, signali se preusmjeravaju, a opća svojstva određene mreže neurona se mijenjaju. Sve nam ovo malo govori o tome kako su promjene pamćenja kodirane u ovom preusmjeravanju, ali jedno je sigurno poznato: ako je protein kinaza M-zeta blokirana, sjećanje će biti izbrisano jer kemijske veze koje ga osiguravaju neće funkcionirati. Novootkrivena "molekula" memorije ima niz zanimljivih karakteristika.

Prvo, sposoban je za samoreprodukciju. Ako je kao rezultat učenja (odnosno primanja novih informacija) određena količina protein kinaze M-zeta nastala u sinapsi, tada ta količina može ostati tamo jako dugo, unatoč činjenici da je ta proteinska molekula razgrađuje se za tri do četiri dana. Na neki način, molekula mobilizira resurse stanice i osigurava sintezu i dostavu novih molekula na mjesto sinaptičkog kontakta kako bi zamijenile one koje su otišle.

Drugo, jedna od najzanimljivijih značajki M-zeta protein kinaze je njezino blokiranje. Kada su istraživači trebali dobiti tvar za pokuse blokiranja "molekule" pamćenja, jednostavno su "pročitali" dio njezinog gena u kojem je kodiran njezin vlastiti blokator peptida i sintetizirali ga. Međutim, ovaj blokator nikad ne proizvodi sama stanica, a za koju je svrhu evolucija ostavila svoj kod u genomu nije jasno.

Treća važna značajka molekule je da i ona i njen blokator imaju gotovo identičan izgled za sva živčana bića sa živčanim sustavom. To ukazuje da se, u obliku protein kinaze M-zeta, radi o najstarijem adaptivnom mehanizmu na kojem je izgrađeno i ljudsko pamćenje.

Naravno, protein kinaza M-zeta nije "molekula pamćenja" u smislu u kojem su se znanstvenici iz prošlosti nadali da će je pronaći. Nije materijalni nositelj memoriranih informacija, ali, očito, djeluje kao ključni regulator učinkovitosti veza unutar mozga, inicira nastanak novih konfiguracija kao rezultat učenja.

Stupite u kontakt

Sada su eksperimenti s blokatorom protein kinaze M-zeta u neku ruku "pucanje na kvadrat". Supstanca se vrlo tankom iglom ubrizgava u određena područja mozga pokusnih životinja i tako odmah isključuje pamćenje u velikim funkcionalnim blokovima. Granice prodiranja blokatora nisu uvijek jasne, kao ni njegova koncentracija u području mjesta odabranog kao meta. Kao rezultat toga, ne donose svi eksperimenti u ovom području jednoznačne rezultate.

Pravo razumijevanje procesa koji se odvijaju u pamćenju može se postići radom na razini pojedinačnih sinapsi, ali to zahtijeva ciljanu dostavu blokatora do kontakta između neurona. Danas je to nemoguće, ali budući da je takav zadatak pred znanošću, prije ili kasnije pojavit će se alati za njegovo rješavanje. Posebne nade polažu se u optogenetiku. Utvrđeno je da se stanicom u koju je metodama genetskog inženjeringa ugrađena mogućnost sintetiziranja proteina osjetljivog na svjetlost može upravljati pomoću laserske zrake. I ako takve manipulacije na razini živih organizama još nisu provedene, nešto slično već se radi na temelju uzgojenih staničnih kultura, a rezultati su vrlo impresivni.

Neuroznanstvenici iz Kanade i Sjedinjenih Država otkrili su da u pamćenju jednostavnih vještina nisu uključene sve živčane stanice koje primaju za to potrebne informacije, već samo oko četvrtina njih. Koji neuroni sudjeluju u formiranju dugoročnog pamćenja ovisi o koncentraciji regulacijskog proteina CREB u staničnoj jezgri. Ako umjetno povećate koncentraciju CREB-a u nekim neuronima, oni će to zapamtiti. Ako blokirate CREB u nekim neuronima, druge živčane stanice će preuzeti ulogu memorijskih stanica.

Jedno od najbriljantnijih postignuća neuroznanosti u 20. stoljeću bilo je dešifriranje molekularnih mehanizama pamćenja. Nobelovac Eric Kandel i njegovi kolege uspjeli su pokazati da su za formiranje pravog pamćenja - i kratkoročnog i dugoročnog - dovoljna samo tri neurona povezana na određeni način.

Pamćenje je proučavano na primjeru stvaranja uvjetnog refleksa kod golemog mekušca, morskog zeca Aplysia. Mekušac je pažljivo dotaknut sifonom, a odmah nakon toga, rep je snažno udaren. Nakon takvog postupka mekušac neko vrijeme na lagani dodir sifona reagira burnom obrambenom reakcijom, ali ubrzo sve zaboravi (kratkoročno pamćenje). Ako se "trening" ponovi nekoliko puta, stvara se stabilan uvjetni refleks (dugoročno pamćenje).

Pokazalo se da proces učenja i pamćenja nema nikakve veze s nekim višim, idealnim ili duhovnim stvarima, već se potpuno objašnjava prilično jednostavnim i potpuno automatskim događanjima na razini pojedinih neurona. Cijeli se proces može u potpunosti reproducirati na najjednostavnijem sustavu tri izolirane živčane stanice. Jedan neuron (osjetilni) prima signal iz sifona (u ovom slučaju osjeća lagani dodir). Senzorni neuron šalje impuls motornom neuronu, koji zauzvrat uzrokuje kontrakciju mišića uključenih u obrambenu reakciju (Aplysia uvlači škrgu i baca dio crvene tinte u vodu). Informacija o udarcu u rep dolazi iz trećeg neurona, koji u ovom slučaju ima ulogu modulatora. Živčani impuls s jednog neurona na drugi prenosi se oslobađanjem signalnih tvari (neurotransmitera). Točke interneuronskih kontakata na kojima se oslobađa neurotransmiter nazivaju se sinapse.

Eric Kandel je za ovu sliku dobio Nobelovu nagradu. To pokazuje kako se kratkoročno i dugoročno pamćenje formiraju u najjednostavnijem sustavu od tri neurona.

Slika prikazuje dvije sinapse. Prvi služi za prijenos impulsa sa osjetnog neurona na motorički. Druga sinapsa prenosi impuls od modulirajućeg neurona do kraja osjetnog. Ako je u trenutku dodira sifona modulirajući neuron "tihi" (rep se ne udara), u sinapsi 1 oslobađa se malo neurotransmitera, a motorni neuron nije pobuđen.

Međutim, udarac u rep dovodi do oslobađanja neurotransmitera u sinapsi 2, što uzrokuje važne promjene u ponašanju sinapse 1. Signalna tvar cAMP (ciklički adenozin monofosfat) proizvodi se na kraju osjetnog neurona. Ova tvar aktivira regulatorni protein - protein kinazu A. Protein kinaza A, zauzvrat, aktivira druge proteine, što u konačnici dovodi do činjenice da sinapsa 1, kada je senzorni neuron uzbuđen (to jest, kao odgovor na dodirivanje sifona), počinje oslobađati više neurotransmitera i motorni neuron se aktivira. To je ono što je kratkotrajno pamćenje: sve dok postoji puno aktivne protein kinaze A na kraju osjetnog neurona, prijenos signala od sifona do mišića škrge i tintne vrećice je učinkovitiji.

Ako je dodirivanje sifona bilo popraćeno udarcem u rep više puta zaredom, protein kinaza A postaje toliko obilna da prodire u jezgru senzornog neurona. To dovodi do aktivacije drugog regulatornog proteina, transkripcijskog faktora CREB. Protein CREB "uključuje" brojne gene koji u konačnici uzrokuju rast sinapse 1 (kao što je prikazano) ili uzrokuju rast dodatnih procesa na kraju osjetnog neurona koji stvaraju nove sinaptičke kontakte s motornim neuronom. U oba slučaja, učinak je isti: sada je čak i mala ekscitacija senzornog neurona dovoljna da ekscitira motorni neuron. To je ono što je dugoročno pamćenje. Ostaje dodati da se, kako su daljnja istraživanja pokazala, kod viših životinja i kod vas i mene pamćenje temelji na istim principima kao i kod Aplysia.

Nakon ovog potrebnog uvoda, možete prijeći na priču o tome što su kanadski i američki neuroznanstvenici zapravo otkrili. Proučavali su stvaranje uvjetnih refleksa povezanih sa strahom kod laboratorijskih miševa. Najjednostavniji refleksi ove vrste formiraju se u lateralnoj amigdali (LA) - vrlo malom dijelu mozga koji je odgovoran za reakcije tijela na sve vrste zastrašujućih podražaja. Miševi su učeni da se šokiraju nakon što čuju određeni zvuk. Kao odgovor na strujni udar, miš se smrzava: to je standardna reakcija na strah. Miševi su pametne životinje, mogu ih se puno naučiti, a uvjetni refleksi im se brzo formiraju. Dresirani miševi se smrznu čim čuju zvuk koji nagovještava opasnost.

Znanstvenici su otkrili da signal iz neurona koji percipiraju zvuk dolazi do oko 70% neurona u lateralnoj amigdali. Međutim, promjene povezane s formiranjem dugotrajne memorije (rast novih živčanih završetaka, itd.) kod treniranih miševa javljaju se samo u četvrtini tih neurona (otprilike 18% LA neurona).

Znanstvenici su sugerirali da postoji vrsta natjecanja između LA neurona, koji potencijalno mogu sudjelovati u formiranju dugoročnog pamćenja, za pravo na razvoj novih sinapsi, a vjerojatnost "uspjeha" jednog ili drugog neurona ovisi o koncentracija CREB proteina u njegovoj jezgri. Kako bi se testirala ova pretpostavka, miševima su mikroinjektirani umjetni virusi koji nisu sposobni za reprodukciju, ali su sposobni proizvesti potpuni CREB protein ili njegov nefunkcionalni analog CREB S133A. Geni za oba ova proteina, umetnuti u genom virusa, "prišiveni" su na gen za zeleni fluorescentni protein meduze. Kao rezultat toga, jezgre onih LA neurona u koje je virus ušao počele su svijetliti zeleno.

Ispostavilo se da kao rezultat mikroinjekcije virus prodire u približno isti broj neurona LA koji je uključen u stvaranje uvjetovanog refleksa. Ova se slučajnost pokazala prilično zgodnom.

Osim normalnih miševa, u pokusima su korišteni miševi mutanti kod kojih gen CREB ne radi. Takvi miševi su potpuno lišeni sposobnosti učenja, ne mogu se ničega sjetiti. Ispostavilo se da uvođenje virusa koji proizvodi CREB u LA takvih miševa potpuno vraća sposobnost stvaranja uvjetovanog refleksa. Ali možda povećanje koncentracije CREB-a u nekim LA neuronima jednostavno pojačava odgovor "zamrzavanja"?

Kako bi se to provjerilo, postavljeni su pokusi sa složenijim učenjem, u kojima je miš morao "shvatiti" vezu između zvuka i električnog udara ne izravno, već neizravno, a za to je bilo potrebno zapamtiti specifičan kontekst u kojem učenje se odvijalo. Za to nije dovoljan sam rad LA, već je potrebno i sudjelovanje hipokampusa. U ovoj situaciji mutirani miševi nisu mogli ništa naučiti jer u njihov hipokampus nisu ubrizgani virusi. Dakle, koncentracija CREB-a utječe na pamćenje, a ne na sklonost smrzavanju.

Uz pomoć niza dodatnih eksperimenata, bilo je moguće dokazati da su upravo ti neuroni LA koji su bili zaraženi virusom uključeni u pamćenje kod mutiranih miševa. Unošenje virusa u LA zdravih miševa nije utjecalo na njihovu sposobnost učenja. Međutim, kao i u slučaju mutiranih miševa, u pamćenju su sudjelovali upravo ti LA neuroni u koje je virus ušao.

Drugi virus koji proizvodi CREB S133A lišava zaražene neurone sposobnosti pamćenja, odnosno izrastanja novih završetaka. Znanstvenici su sugerirali da uvođenje ovog virusa u LA zdravih miševa ne bi trebalo, međutim, smanjiti njihovu sposobnost učenja, budući da virus inficira samo oko 20% neurona LA, a drugi, nezaraženi neuroni će preuzeti ulogu "pamćenja" ". I tako je ispalo. Miševi su normalno trenirali, ali među neuronima koji su sudjelovali u memoriranju praktički nije bilo zaraženih (tj. svijetlećeg zelenog svjetla).

Znanstvenici su proveli niz složenijih eksperimenata, koji su omogućili isključivanje svih drugih objašnjenja, osim jednog - onog koje je odgovaralo njihovoj početnoj pretpostavci.

Dakle, u pamćenju ne sudjeluju svi neuroni koji primaju informacije potrebne za to (u ovom slučaju "osjetilne" informacije o zvuku i "modulirajuće" informacije o električnom udaru). Samo određeni dio tih neurona, naime oni s više CREB proteina u jezgri, preuzimaju časnu ulogu memorijskih. To je, općenito, logično, budući da visoka koncentracija CREB-a u jezgri upravo čini takve neurone "najpredisponiranijim" za brzi rast novih završetaka.

Ono što ostaje nejasno je mehanizam kojim drugi neuroni saznaju da je posao već obavljen, pobjednici imenovani, a oni sami više ne trebaju ništa uzgajati za sebe.

Ovaj mehanizam može biti vrlo jednostavan. Potpuno sličan regulatorni sustav poznat je u filamentoznim cijanobakterijama, čiji se filamenti sastoje od dvije vrste stanica: običnih, uključenih u fotosintezu, i specijaliziranih "heterocista", uključenih u fiksaciju atmosferskog dušika. Sustav funkcionira vrlo jednostavno: kada zajednici nedostaje dušika, fotosintetske stanice počinju se pretvarati u heterociste. Proces je reverzibilan do određene točke. Stanice koje su otišle dovoljno daleko na tom putu počinju lučiti signalnu tvar koja sprječava susjedne stanice da se pretvore u heterociste. Rezultat je nit s određenim dobro definiranim omjerom običnih stanica i heterocista (na primjer, 1:20), a heterociste se nalaze približno na jednakoj udaljenosti jedna od druge.

Po mom mišljenju, nazvati takve regulatorne mehanizme "konkurencijom", kao što to čine autori članka, nije sasvim ispravno, naglasak bi ovdje trebao biti drugačiji. Neuron ne dobiva nikakvu osobnu korist od činjenice da će on sudjelovati u memoriranju. Po mom mišljenju, ovdje je primjerenije govoriti ne o konkurenciji, nego o samoj stvarnoj suradnji.

Prema materijalima: Jin-Hee Han, Steven A. Kushner, Adelaide P. Yiu, Christy J. Cole, Anna Matynia, Robert A. Brown, Rachael L. Neve, John F. Guzowski, Alcino J. Silva, Sheena A. Josselyn. Natjecanje i selekcija neurona tijekom formiranja pamćenja 2007. V. 316. P. 457–460.