مغز چطور خاطرات ماندگار می‌سازد؟

دانشمندان علوم اعصاب در دهه‌های اخیر این ایده را مطرح کرده‌اند که برخی از تجربیات هر روزمان توسط مغز در طول خواب همان شب به خاطرات دائمی تبدیل می‌شود. حال محققان مکانیسمی را کشف کرده‌اند که نشان می‌دهد کدام خاطرات به اندازی‌ای مهم هستند که در مغز باقی بمانند.

این مطالعه که توسط محققان مدرسه پزشکی دانشگاه نیویورک هدایت می‌شود، حول سلول‌های مغزی به نام نورون‌ها می‌چرخد که برای انتقال سیگنال‌های الکتریکی که خاطرات را رمزگذاری می‌کنند، «آتش می‌گیرند» یا در واقع نوساناتی در تعادل بارهای مثبت و منفی خود ایجاد می‌کنند. گروه‌های بزرگی از نورون‌ها در ناحیه‌ای از مغز به نام هیپوکامپ در چرخه‌های ریتمیک با هم شلیک می‌کنند و دنباله‌ای از سیگنال‌ها را در فاصله میلی‌ثانیه‌ای از یکدیگر ایجاد می‌کنند که می‌توانند اطلاعات پیچیده را رمزگذاری کنند.

این «فریادها» که «موج‌های تیز» نامیده می‌شوند، به طور تقریبا همزمان به ۱۵ درصد از نورون‌های هیپوکامپ شلیک می‌شوند و به دلیل شکلی که هنگام ثبت فعالیت توسط الکترودها به خود می‌گیرند به این نام خوانده می‌شوند.

در حالی که مطالعات گذشته موج‌ها را با شکل‌گیری حافظه در طول خواب مرتبط می‌کردند، مطالعه جدید نشان داد که رویدادهای روزی که بلافاصله بعد از پنج تا ۲۰ تند موج در طول خواب بیشتر تکرار می‌شوند، به خاطره دائمی تبدیل می‌شوند. اما وقایعی که به دنبال آن موج‌های بسیار کم یا بدون تند موج همراه می‌شوند، نمی‌توانند به خاطرات ماندگار تبدیل شوند.

گیورگی بوزاکی، نویسنده ارشد این مطالعه و پروفسور علوم اعصاب بیگز در دپارتمان علوم اعصاب، می‌گوید: مطالعه ما نشان می‌دهد که تند موج‌ها مکانیسم فیزیولوژیکی هستند که توسط مغز برای «تصمیم‌گیری» برای نگه‌داشتن و دور انداختن استفاده می‌شود.
راه رفتن و مکث

مطالعه جدید بر اساس یک الگوی شناخته شده است: پستانداران از جمله انسان جهان را برای چند لحظه تجربه می‌کنند، سپس مکث می‌کنند، کمی بیشتر تجربه می‌کنند و بعد سپس دوباره مکث می‌کنند. نویسندگان مطالعه می‌گویند پس از توجه به چیزی، محاسبات مغز اغلب به حالت ارزیابی مجدد «بیکار» تغییر می‌کند. چنین مکث‌های لحظه‌ای در طول روز اتفاق می‌افتد، اما طولانی‌ترین دوره‌های بیکاری در طول خواب رخ می‌دهد.

بوزاکی و همکارانش قبلاً ثابت کرده بودند که وقتی ما به طور فعال اطلاعات حسی را کاوش می‌کنیم یا حرکت می‌کنیم، هیچ تند موجی رخ نمی‌دهد، بلکه فقط در طول مکث‌های بیکاری قبل یا بعد از آن این اتفاق می‌افتد. مطالعه حاضر نشان داد که تیز موج نشان‌دهنده مکانیسم نشانه‌گذاری طبیعی در طول چنین مکث‌هایی پس از بیداری است که با الگوهای عصبی برچسب‌گذاری شده در طول خواب پس از کار دوباره فعال می‌شوند.

برای مطالعه حاضر، اجراهای پی در پی ماز توسط موش‌های مورد مطالعه از طریق الکترودهای جمعیت سلول‌های هیپوکامپ که به طور مداوم در طول زمان تغییر می‌کردند، علیرغم ثبت تجربیات بسیار مشابه، ردیابی شدند و برای اولین بار نشان داد که پیچ و خم می‌چرخد که در طی آن امواج در طول مکث بیداری رخ می‌دهد، و سپس در طول خواب دوباره پخش می‌شود.

موج‌های تند معمولاً زمانی ثبت می‌شد که یک موش پس از هر دویدن پیچ و خم برای لذت بردن از یک شیرینی شیرین مکث می‌کرد. به گفته نویسندگان، مصرف پاداش، مغز را آماده کرد تا از یک الگوی اکتشافی به یک الگوی بیکار تبدیل شود تا یک تیز موجی رخ دهد.

با استفاده از کاوشگرهای سیلیکونی دوطرفه، تیم تحقیقاتی توانست تا ۵۰۰ نورون را به طور همزمان در هیپوکامپ حیوانات در حین اجرای ماز ثبت کند. این به نوبه خود چالشی را ایجاد کرد، زیرا هرچه نورون‌های بیشتری به طور مستقل ثبت شوند، داده‌ها بسیار پیچیده می‌شوند. برای به دست آوردن درک شهودی از داده‌ها، تجسم فعالیت‌های عصبی و شکل‌گیری فرضیه‌ها، این تیم با موفقیت تعداد ابعاد داده‌ها را کاهش داد، از جهاتی مانند تبدیل یک تصویر سه‌بعدی به یک تصویر مسطح، و بدون از دست دادن یکپارچگی داده‌ها.

«وانان وینی یانگ»، یکی از محققان این تیم می‌گوید: ما برای خارج کردن دنیای بیرون از معادله کار کردیم و مکانیسم‌هایی را بررسی کردیم که مغز پستانداران به طور ذاتی و ناخودآگاه برخی از خاطرات را برای ماندگاری برچسب‌گذاری می‌کند. چرایی تکامل چنین سیستمی هنوز یک راز است، اما تحقیقات آینده ممکن است دستگاه‌ها یا روش‌هایی را نشان دهد که می‌توانند تیز امواج را برای بهبود حافظه یا حتی کاهش یادآوری رویدادهای آسیب‌زا تنظیم کنند.