Μνήμη: Πώς διαμορφώνονται και πώς εξασθενούν οι αναμνήσεις

Γιατί μπορεί κάποιος να θυμηθεί το όνομα του καλύτερου φίλου των παιδικών του χρόνων που έχει να δει πάρα πολλά χρόνια και εύκολα να ξεχνάει το όνομα ενός προσώπου που μόλις πριν από ένα λεπτό συνάντησε; Με άλλα λόγια, γιατί ορισμένες μνήμες είναι σταθερές κατά τη διάρκεια δεκαετιών, ενώ άλλες εξασθενούν μέσα σε λίγα λεπτά;

Χρησιμοποιώντας μοντέλα ποντικών, ερευνητές του Caltech προσδιόρισαν ότι οι ισχυρές, σταθερές μνήμες είναι κωδικοποιημένες κατά «ομάδες» νευρώνων όλων πυροδοτουμένων εν συγχρονία, παρέχοντας εφεδρείες που επιτρέπουν τις αναμνήσεις αυτές να παραμένουν στο χρόνο. Η έρευνα έχει επιπτώσεις στην κατανόηση του πώς μπορεί να επηρεάζεται η μνήμη από μια βλάβη του εγκεφάλου, όπως μετά από εγκεφαλικά ή νόσο του Alzheimer. Η έρευνα διενεργήθηκε στο εργαστήριο του Carlos Lois, ερευνητή καθηγητή βιολογίας, συνεργαζόμενο μέλος Ινστιτούτου Νευροεπιστήμης του Caltech, και περιγράφεται σε δημοσίευμα που παρουσιάστηκε 23 Αυγούστου στο περιοδικό Science.

Η ομάδα υπό τον μεταδιδακτορικό υπότροφο Walter Gonzalez, ανέπτυξε μια δοκιμασία για να εξετάσει τη νευρική δραστηριότητα των ποντικών καθώς μαθαίνουν, αλλά και να θυμούνται, σχετικά μια νέα θέση. Στη δοκιμασία, ένα ποντίκι τοποθετήθηκε σε έναν ευθύ περιφραγμένο χώρο, λίγο περισσότερο από 1,5 μέτρα μακρύ με άσπρα τοιχώματα. Μοναδικά σύμβολα σημείωναν διαφορετικές θέσεις κατά μήκος των τοιχωμάτων – για παράδειγμα, ένα έντονο σύμβολο συν κοντά στο πιο σωστό άκρο και μια γραμμή υπό γωνία (σύμβολο slash) κοντά στο κέντρο. Νερό με ζάχαρη (μια λιχουδιά για τους ποντικούς) τοποθετήθηκε σε ένα από τα δυο άκρα του διαδρόμου. Ενώ το ποντίκι εξερευνούσε, οι ερευνητές μέτρησαν την δραστηριότητα ειδικών νευρώνων στον ιππόκαμπο του ποντικιού (στην περιοχή του εγκεφάλου όπου σχηματίζονται οι νέες μνήμες) που είναι γνωστό για την κωδικοποίηση θέσεων.

Όταν ένα ζωάκι τοποθετούνταν αρχικά στο διάδρομο, ήταν αναποφάσιστο το τι θα κάνει και περιπλανιόταν αριστερά δεξιά μέχρι να περάσει επάνω από το ζαχαρωμένο νερό. Σε αυτές τις περιπτώσεις, μεμονωμένοι νευρώνες ενεργοποιούνταν όταν το ποντίκι πρόσεχε το σύμβολο στον τοίχο. Όμως μετά από πολλές εμπειρίες στο διάδρομο, το ποντίκι εξοικειώνονταν με αυτόν και θυμόνταν τις θέσεις της ζάχαρης. Καθώς το ποντίκι εξοικειωνόταν περισσότερο, όλο και περισσότεροι νευρώνες ενεργοποιούνταν συγχρονισμένα βλέποντας το κάθε σύμβολο στον τοίχο. Ουσιαστικά, το ποντίκι αναγνώριζε που ήταν σε σχέση με το κάθε ένα μοναδικό σύμβολο.

Διάγραμμα δραστηριότητας νευρώνων στον ιππόκαμπο, που καταγράφηκε από ένα ποντίκι καθώς μάθαινε σχετικά με το νέο περιβάλλον του. Τα χρώματα αντιστοιχούν στις μοναδικές τοποθεσίες μέσα στον ίδιο χώρο. Με την πάροδο του χρόνου και τη συνεχιζόμενη έκθεση στο χώρο δράσης, το ποντίκι διαμορφώνει σταθερές αναμνήσεις στρατολογώντας ομάδες νευρώνων για να κωδικοποιήσει για τη θέση. [Credit: Caltech]

Για να μελετήσουν πώς εξασθενούν οι μνήμες κατά τη διάρκεια του χρόνου, οι ερευνητές στη συνέχεια κρατούσαν μακριά από το διάδρομο το ποντίκι για πάνω από 20 μέρες. Κατά την επιστροφή στον διάδρομο μετά από το διάλειμμα αυτό, τα ποντίκια που είχαν διαμορφώσει ισχυρές μνήμες κωδικοποιημένες με μεγάλους αριθμούς νευρώνων θυμόταν τη δράση αμέσως. Ακόμη και αν ορισμένοι νευρώνες παρουσίαζαν διαφορετική δραστηριότητα, η ανάμνηση του διαδρόμου στο ποντίκι ήταν σαφώς αναγνωρίσιμη όταν αναλύονταν η δραστηριότητα μεγάλων ομάδων νευρώνων. Με άλλα λόγια, η χρήση ομάδων νευρώνων επιτρέπει τον εγκέφαλο να έχει εφεδρεία και να ανακαλεί σταθερές μνήμες ακόμη και αν ορισμένοι από τους αρχικούς νευρώνες σιωπούσαν ή καταστρέφονταν.

Ο Gonzalez εξηγεί:

«Φανταστείτε ότι έχετε να διηγηθείτε μια μεγάλη και πολύπλοκη ιστορία. Για να διαφυλάξετε την ιστορία, θα μπορούσατε να την πείτε σε πέντε από τους φίλους σας και μετά περιστασιακά μαζί με όλους αυτούς να ξαναπείτε την ιστορία και να βοηθάει ο ένας τον άλλον να γεμίζει οποιαδήποτε κενά που έχει ξεχάσει ένα άτομο. Επιπροσθέτως, κάθε φορά που ξαναλέτε την ιστορία, θα μπορούσατε να φέρετε νέους φίλους να τη μαθαίνουν και έτσι βοηθάτε να διατηρηθεί η ιστορία και να ενισχύεται η μνήμη. Με έναν ανάλογο τρόπο, οι νευρώνες σας βοηθούν ο ένας τον άλλον να κωδικοποιούνται οι μνήμες που θα αντέξουν κατά τη διάρκεια του χρόνου».

Η μνήμη είναι τόσο βασική για την ανθρώπινη συμπεριφορά που οποιαδήποτε βλάβη σε αυτή μπορεί να επηρεάσει σοβαρά την καθημερινή μας ζωή. Η απώλεια μνήμης που συμβαίνει στο πλαίσιο της κανονικής γήρανσης μπορεί να είναι ένα σημαντικό πρόβλημα για τους ηλικιωμένους. Επιπλέον, απώλεια μνήμης που προκαλείται από διάφορες νόσους, με πιο γνωστή αυτή του Alzheimer, έχει ολέθριες συνέπειες που μπορούν να εμποδίζουν τις πιο βασικές καθημερινές δράσεις συμπεριλαμβανομένων της αναγνώρισης συγγενών ή της ενθύμησης του δρόμου επιστροφής στο σπίτι. Η εργασία αυτή υποστηρίζει ότι οι μνήμες μπορεί να εξασθενήσουν πιο γρήγορα καθώς γερνάμε επειδή η μνήμη κωδικοποιείται από λιγότερους νευρώνες και εάν κάποιος από τους νευρώνες αυτούς αποτύχει, η μνήμη χάνεται. Η μελέτη υποστηρίζει ότι κάποια μέρα, ο σχεδιασμός θεραπειών που θα μπορούσαν να ενισχύσουν την επιστράτευση ενός μεγαλύτερου αριθμού νευρώνων για να κωδικοποιούν μια ανάμνηση θα μπορούσε να βοηθήσει στην πρόληψη της απώλειας μνήμης.

«Για χρόνια, ο κόσμος γνωρίζει ότι όσο περισσότερο πραγματοποιεί μια πράξη, τόσο περισσότερο είναι πιθανό να τη θυμάται αργότερα», αναφέρει ο Lois. «Τώρα θεωρούμε ότι αυτό είναι πιθανό, επειδή όσο περισσότερο πραγματοποιείται μια πράξη, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των νευρώνων που αποκωδικοποιούν την πράξη αυτή. Οι συμβατικές θεωρίες σχετικά με την αποθήκευση μνήμης εκτιμούν ότι για να καταστεί μια ανάμνηση περισσότερο σταθερή απαιτεί την ενίσχυση των συνδέσεων ενός μεμονωμένου νευρώνα. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι η αύξηση του αριθμού των νευρώνων που αποκωδικοποιούν την ίδια ανάμνηση επιτρέπει τη μνήμη να αντέχει για περισσότερο χρόνο».