Για να θυμάστε, ο εγκέφαλος πρέπει ενεργά να ξεχνά

Δεκαετίες έρευνας επικεντρώθηκαν στον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος αποκτά πληροφορίες, με αποτέλεσμα θεωρίες που υποδηλώνουν ότι οι βραχυπρόθεσμες μνήμες κωδικοποιούνται στον εγκέφαλο ως πρότυπα δραστηριότητας μεταξύ των νευρώνων, ενώ οι μακροπρόθεσμες μνήμες αντικατοπτρίζουν μια αλλαγή στις συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων.

Αυτό που δεν έχει λάβει σχεδόν τόση προσοχή από τους ερευνητές της μνήμης είναι το πώς ο εγκέφαλος ξεχνά. «Τη συντριπτική πλειονότητα των πραγμάτων που μου συμβαίνουν στη ζωή μου - η συνειδητή εμπειρία που έχω αυτή τη στιγμή - πιθανότατα δεν θα θυμάμαι όταν είμαι 80 ετών», είπε ο Michael Anderson, ερευνητής μνήμης στο το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, που μελετά τη λήθη από τη δεκαετία του 1990. «Πώς είναι που ο τομέας της νευροβιολογίας δεν πήρε ποτέ στα σοβαρά τη λήθη;»

«Χωρίς να ξεχνάμε, δεν θα είχαμε καθόλου μνήμη», είπε ο Oliver Hardt, ο οποίος σπουδάζει μνήμη και λήθη στο Πανεπιστήμιο McGill στο Μόντρεαλ. Αν θυμόμασταν τα πάντα, είπε, θα ήμασταν εντελώς αναποτελεσματικοί γιατί ο εγκέφαλός μας θα ήταν πάντα γεμάτος περιττές αναμνήσεις. «Πιστεύω ότι ο εγκέφαλος λειτουργεί ως μια ακατάλληλη συσκευή κωδικοποίησης», είπε, σημειώνοντας ότι τη νύχτα πολλοί άνθρωποι μπορούν να θυμηθούν ακόμη και τα πιο πεζά γεγονότα της ημέρας τους με λεπτομέρεια, αλλά στη συνέχεια τα ξεχνούν τις επόμενες ημέρες ή εβδομάδες.

Ο λόγος, πιστεύει, είναι ότι ο εγκέφαλος δεν γνωρίζει αμέσως τι είναι σημαντικό και τι όχι, οπότε προσπαθεί να θυμηθεί όσο το δυνατόν περισσότερα στην αρχή, αλλά σταδιακά ξεχνά τα περισσότερα πράγματα. «Η λήθη χρησιμεύει ως φίλτρο», είπε ο Hardt. "Φιλτράρει τα πράγματα που ο εγκέφαλος θεωρεί ασήμαντα."

Τα πειράματα τα τελευταία χρόνια αρχίζουν επιτέλους να κάνουν πιο ξεκάθαρη τη φύση αυτού του φίλτρου.

Ίχνη αναμνήσεων

Η μνήμη είναι ένα περίπλοκο θέμα για πολλούς λόγους, μεταξύ των οποίων και το ότι όλα τα πλάσματα έχουν μνήμες, από πολύ απλούς οργανισμούς όπως θαλάσσιους γυμνοσάλιαγκες και έντομα μέχρι ανθρώπους και άλλα ζώα με πολύπλοκο εγκέφαλο. Οι διαφορές στον τρόπο λειτουργίας της μνήμης μπορεί μερικές φορές να συμβαδίζουν με αυτές τις διαφορετικές αρχιτεκτονικές του νευρικού συστήματος.

Επιπλέον, ακόμη και μέσα σε ένα μεμονωμένο είδος, μπορεί να υπάρχουν διάφοροι τύποι μνήμης και μπορεί να είναι αλληλένδετοι αλλά και επικεντρωμένοι σε διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου. Για παράδειγμα, οι πρόσφατα αποκτηθείσες μνήμες στα θηλαστικά συχνά εξαρτώνται από τη συμμετοχή του ιππόκαμπου, ενώ η μακροπρόθεσμη μνήμη μπορεί να περιλαμβάνει περισσότερες φλοιώδεις περιοχές του εγκεφάλου. Οι μηχανισμοί μπορεί επίσης να διαφέρουν μεταξύ αυτών των τύπων μνήμης.

Το να συμβαδίζεις με όλη αυτή την ποικιλία είναι τώρα μια αυξανόμενη εκτίμηση ότι η λήθη - η λειτουργική απώλεια αναμνήσεων - μπορεί επίσης να έχει διάφορες μορφές. Οι προηγούμενες θεωρίες σχετικά με τη λήθη τόνιζαν ως επί το πλείστον σχετικά παθητικές διεργασίες στις οποίες η απώλεια των αναμνήσεων ήταν συνέπεια των φυσικών ιχνών αυτών των αναμνήσεων (αυτό που ορισμένοι ερευνητές αναφέρουν ως «εγγράμματα») που φυσιολογικά καταρρέουν ή γίνονται πιο δυσπρόσιτα. αυτά τα εγγράμματα μπορεί συνήθως να είναι διασυνδέσεις μεταξύ των εγκεφαλικών κυττάρων που τα ωθούν να πυροδοτήσουν με συγκεκριμένο τρόπο. Αυτή η διαδικασία λήθης θα μπορούσε να περιλαμβάνει την αυθόρμητη αποσύνθεση των συνδέσεων μεταξύ νευρώνων που κωδικοποιούν μια μνήμη, τον τυχαίο θάνατο αυτών των νευρώνων, την αποτυχία συστημάτων που κανονικά θα βοηθούσαν στην παγίωση και σταθεροποίηση νέων αναμνήσεων ή την απώλεια συνθηκών περιβάλλοντος ή άλλων παραγόντων που μπορεί να καθιστούν δύσκολη την ανάκτηση μιας μνήμης.

Τώρα, ωστόσο, οι ερευνητές δίνουν πολύ μεγαλύτερη προσοχή σε μηχανισμούς που διαγράφουν ή αποκρύπτουν ενεργά αυτά τα εγγράμματα μνήμης.

Εσωτερική λήθη

Μια μορφή ενεργητικής λήθης που επισήμως εντόπισαν οι επιστήμονες το 2017 ονομάζεται ενδογενής λήθη. Περιλαμβάνει ένα συγκεκριμένο υποσύνολο κυττάρων στον εγκέφαλο — το οποίο ο Ronald Davis και ο Yi Zhong, που έγραψαν την εργασία που εισήγαγε την ιδέα, αποκαλούν επιπόλαια «ξεχασμένα κύτταρα» — που υποβαθμίζουν τα εγγράμματα στα κύτταρα μνήμης.

Αυτή η ιδέα προέκυψε όταν ο Ντέιβις, ένας νευροεπιστήμονας στο Ερευνητικό Ινστιτούτο Scripps στο Δία της Φλόριντα, και οι συνάδελφοί του ανέφεραν ότι έκαναν στις φρουτομύγες ήπιο ηλεκτρικό σοκ ενώ τις εκθέτουν σε μια μυρωδιά. Οι μύγες έμαθαν γρήγορα να αποφεύγουν τη μυρωδιά, συνδέοντάς τη με το σοκ.

Ο Ντέιβις και οι συνάδελφοί του εξέτασαν ένα συγκεκριμένο σύνολο νευρώνων στον εγκέφαλο των φρουτόμυγων που απελευθερώνουν συνεχώς τον νευροδιαβιβαστή ντοπαμίνη σε άλλους που ονομάζονται νευρώνες του σώματος των μανιταριών. Βρήκαν ότι η ντοπαμίνη παίζει διπλό ρόλο τόσο στη διαμόρφωση όσο και στη λήθη των αναμνήσεων. Αφού ο Ντέιβις και οι συνάδελφοί του εκπαίδευσαν τις μύγες, εμπόδισαν την απελευθέρωση ντοπαμίνης στα κύτταρα του σώματος των μανιταριών και διαπίστωσαν ότι οι βαθμολογίες μνήμης των μυγών ήταν διπλάσιες όταν δοκιμάστηκαν τρεις ώρες αργότερα.

Η εξήγηση που πρότειναν ο Ντέιβις και η ομάδα του είναι ότι μετά τη δημιουργία μιας νέας μνήμης, ο μηχανισμός λήθης που βασίζεται στην ντοπαμίνη αρχίζει να τη διαγράφει. Ο Davis πιστεύει ότι αυτή η διαγραφή συμβαίνει επειδή τα κύτταρα αντιστρέφουν τις δομικές αλλαγές που δημιούργησαν το εγγράμμα της μνήμης. Η φυσική κλίση των κυττάρων είναι να επιστρέψουν στο πώς ήταν πριν μάθουν τη μνήμη - δηλαδή, εκτός εάν η σκέψη με κάποιο τρόπο αναγνωριστεί ως σημαντική. Στη συνέχεια, το εγγράμμα διατηρείται μέσω κάποιου είδους διαδικασίας ενοποίησης, η οποία διατηρεί μια ισορροπία μεταξύ αυτού που μαθαίνεται και λησμονείται.

«Ίσως ο εγκέφαλος είναι σχεδιασμένος να ξεχνάει πληροφορίες», είπε ο Ντέιβις. Κάπου στον εγκέφαλο, σημείωσε, μπορεί να υπάρχει κάποιο είδος κριτή που του λέει να παρακάμψει τη διαδικασία λήθης όταν συναντήσει κάτι που αξίζει να θυμάται μακροπρόθεσμα.

Ο Zhong, ένας νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο Tsinghua στο Πεκίνο, και η ομάδα του έχουν επίσης χειραγωγήσει με επιτυχία τη λήθη σε ποντίκια. Το 2016 διαπίστωσαν ότι η αναστολή μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης που ονομάζεται Rac1 στους νευρώνες του ιππόκαμπου παρέτεινε τη διατήρηση της μνήμης από λιγότερο από 72 ώρες σε τουλάχιστον 120 ώρες σε πολλές περιπτώσεις. Η αύξηση της δραστηριότητας του Rac1 μείωσε τη διάρκεια ζωής των αναμνήσεων σε λιγότερο από 24 ώρες. Προηγούμενη εργασία από την ομάδα του Zhong είχε δείξει ότι ο Rac1 εμπλέκεται ομοίως σε διάφορες μορφές λήθης στις μύγες των φρούτων.

Όπως υποστήριξαν οι Davis και Zhong στην από κοινού γραπτή τους ανασκόπηση του 2017, όλα αυτά τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι οι κυτταρικές διεργασίες που διαμεσολαβούνται από την ντοπαμίνη και το Rac1 διαβρώνουν συνεχώς τις νεοσύστατες μνήμες. «Από αυτή την προοπτική», έγραψαν, «η λήθη όπως μεσολαβείται από εγγενείς μηχανισμούς λήθης μπορεί να είναι η προεπιλεγμένη κατάσταση του εγκεφάλου. Η εγγενής λήθη μπορεί να λειτουργεί χρόνια σε χαμηλό επίπεδο για να αφαιρεί αργά κάθε νεοαποκτηθείσα μνήμη, αν και η δύναμή της μπορεί να ρυθμίζεται από εσωτερικούς ή εξωτερικούς παράγοντες."

Νέοι νευρώνες και παλιές αναμνήσεις

Μια άλλη κυτταρική διαδικασία που φαίνεται να προκαλεί τη δική της μορφή λήθης είναι η νευρογένεση, η γέννηση νέων νευρώνων στον εγκέφαλο.

Η σύνδεση της νευρογένεσης με τη μνήμη και τη λήθη είναι περίπλοκη. Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι η νευρογένεση μπορεί να είναι σημαντική για το σχηματισμό νέων αναμνήσεων:Σε δοκιμές σε πειραματόζωα, φάρμακα που αναστέλλουν τη νευρογένεση στον ιππόκαμπο μπορούν να επηρεάσουν το σχηματισμό νέας μνήμης και τα φάρμακα που ενισχύουν τη νευρογένεση φαίνεται να βοηθούν στην εκμάθηση νέων εργασιών εάν δίνονται πριν από τη μαθησιακή διαδικασία.

Όμως τα αποτελέσματα δεν είναι όλα θετικά για τη μνήμη, όπως ανακάλυψαν ο Paul Frankland, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο και το Νοσοκομείο για Άρρωστα Παιδιά, και οι συνάδελφοί του ενώ εργάζονταν με ποντίκια.

Στο πείραμά τους, επέτρεψαν πρώτα στα ποντίκια να δημιουργήσουν μια μνήμη εκπαιδεύοντας σε μια εργασία. Ώρες αργότερα, με φάρμακα, αύξησαν το επίπεδο νευρογένεσης στα ζώα για να ελέγξουν αν η ενσωμάτωση νέων νευρώνων στον ιππόκαμπο θα επηρέαζε τη σταθερότητα αυτής της ήδη αποθηκευμένης μνήμης. Όταν η ομάδα του Φράνκλαντ δοκίμασε τα ποντίκια περίπου ένα μήνα αργότερα, η ανάκλησή τους από την εκπαίδευση ήταν πολύ χειρότερη από εκείνη των ποντικών που δεν είχαν την τελευταία ενίσχυση νευρογένεσης.

Ο Frankland υποπτεύεται ότι η νευρογένεση μπορεί να περιπλέξει την πρόκληση της ανάκτησης προηγούμενων αναμνήσεων από τον ιππόκαμπο. Εάν η προστιθέμενη νευρωνική καλωδίωση επικαλύπτεται με το κύκλωμα που συγκρατεί παλαιότερες μνήμες, μπορεί να καταστρέψει τα παλαιότερα εγγράμματα ή να δυσκολέψει την απομόνωση των παλιών αναμνήσεων από τις νεότερες. Παρομοίασε το πρόβλημα με την επισκευή ηλεκτρονικών ειδών:«Εάν μπείτε και αρχίσετε να καλωδιώνετε ξανά κάτι», είπε ο Frankland, «οποιαδήποτε πληροφορία είναι αποθηκευμένη σε αυτό το κύκλωμα μπορεί να υποβαθμιστεί».

Ένα κομμάτι απόδειξης που υποστηρίζει τη θεωρία του προήλθε από εργασία παρακολούθησης που δημοσιεύτηκε νωρίτερα αυτό το έτος, η οποία έδειξε ότι η επιβλαβής επίδραση της νευρογένεσης του ιππόκαμπου είναι χειρότερη για τις σχετικά πρόσφατες αναμνήσεις. Πολύ παλιότερες αναμνήσεις δεν φαίνεται να πληγώνονται από αυτό. Η εξήγηση του Frankland είναι ότι οι παλαιότερες αναμνήσεις είναι λιγότερο ευαίσθητες σε αυτό το φαινόμενο, επειδή ο εγκέφαλος μεταφέρει σταδιακά σημαντικές αναμνήσεις από τον ιππόκαμπο στον φλοιό για μακροχρόνια αποθήκευση. Ως εκ τούτου, η νευρογένεση στον ιππόκαμπο σήμερα είναι πιο ενοχλητική για τις αναμνήσεις πριν από μια εβδομάδα από ό,τι για τις αναμνήσεις πριν από μήνες ή χρόνια.

Πράγματι, ο Frankland σημείωσε ότι η λήθη που προκαλείται από την αναδιαμόρφωση των κυκλωμάτων του ιππόκαμπου μέσω της νευρογένεσης συμβαίνει πιο αργά από την εγγενή λήθη με βάση την ντοπαμίνη και το Rac1 που παρατήρησαν οι Davis και Yi:Χρειάζονται αρκετές εβδομάδες για τους νεοσχηματισμένους νευρώνες να δημιουργήσουν νέες συνδέσεις — και να συνεισφέρουν στις διαδικασίες λήθης στην εργασία.

Τι συμβαίνει με τις ξεχασμένες αναμνήσεις;

Όταν οι αναμνήσεις ξεχνιούνται με οποιονδήποτε μηχανισμό, τι γίνεται με αυτές; Εξαφανίζονται όλα τα ίχνη τους; Ή μήπως παραμένουν σε κάποια μορφή που δεν είναι διαθέσιμη σε εμάς;

Ένα σύνολο απαντήσεων που φαίνεται να ισχύει για τουλάχιστον ορισμένους τύπους μνήμης προήλθε από εργασία που δημοσιεύτηκε πέρυσι από τους Robert Calin-Jageman και Irina Calin-Jageman, ερευνητές συζύγου και συζύγου που διευθύνουν ένα εργαστήριο συμπεριφορικής νευροεπιστήμης στο Dominican University στο River Forest , Ιλινόις. Το ζευγάρι, που μελετούσε πώς οι θαλάσσιοι γυμνοσάλιαγκοι σχηματίζουν αναμνήσεις για μια δεκαετία, έστρεψαν πρόσφατα την προσοχή τους στη νευροβιολογία του τρόπου με τον οποίο τα ζώα ξεχνούν.

Στο πρώτο στάδιο των πειραμάτων τους, οι Calin-Jagemans «ευαισθητοποίησαν» τους θαλάσσιους γυμνοσάλιαγκες σε ηλεκτροπληξία στη μία πλευρά του σώματός τους, αλλά όχι στην άλλη. Στην πραγματικότητα, έμαθαν στους θαλάσσιους γυμνοσάλιαγκες να δείχνουν μεγαλύτερη αντανακλαστική απόκριση στην εκπαιδευμένη πλευρά του σώματός τους. Έπειτα, άφησαν τους θαλάσσιους γυμνοσάλιαγκες να ξεχάσουν αυτή τη μαθημένη απόκριση σε μια περίοδο ανάπαυσης μίας εβδομάδας, έτσι ώστε οι αντιδράσεις τους στους κραδασμούς να ήταν και πάλι συμμετρικές.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές τράβηξαν τη μνήμη των θαλάσσιων γυμνοσάλιαγκων με έναν άλλο γύρο μέτριων κραδασμών. Την επομένη αυτής της υπενθύμισης, είδαν ότι η πλευρά των ζώων που είχε προηγουμένως ευαισθητοποιηθεί αντιδρούσε ξανά περισσότερο από την μη εκπαιδευμένη πλευρά. Αυτή η διαφορά έδειξε ότι κάποιο κομμάτι της μνήμης παρέμενε στον εγκέφαλο του ζώου. "Το ζώο έχει αλλάξει τη συμπεριφορά του επειδή το νευρικό σύστημα έχει κωδικοποιήσει αυτήν την προηγούμενη οδυνηρή εμπειρία", σύμφωνα με τον Robert Calin-Jageman.

«Αυτό υποδηλώνει ότι υπήρχε κάποιο κομμάτι της προηγούμενης μνήμης ευαισθητοποίησης που υπήρχε ακόμα στην εκπαιδευμένη πλευρά», είπε, κάτι που άφησε να εννοηθεί «ότι πρέπει να υπήρχε κάτι λανθάνον στον εγκέφαλο» που διατήρησε τη συσχέτιση. Ακόμη και μετά από μια εβδομάδα - ένα σημαντικό μέρος της διάρκειας ζωής ενός έτους ενός θαλάσσιου γυμνοσάλιαγκου - ο εγκέφαλος εξακολουθεί να μην έχει επιστρέψει στην κατάσταση που ήταν πριν αποκτήσει τη μνήμη. «Τα αποτελέσματά μας υποστηρίζουν την ιδέα ότι δεν είναι απλώς η παθητική αποσύνθεση των αναμνήσεων», δήλωσε η Irina Calin-Jageman. "Όλα δεν χάνονται σταδιακά, αλλά εντελώς."

Για να μάθουν περισσότερα για το τι επέζησε από τη διαδικασία της λήθης, οι Calin-Jagemans και οι συνάδελφοί τους εξέτασαν τη γονιδιακή έκφραση και στις δύο πλευρές του εγκεφάλου των ζώων, δίνοντας ιδιαίτερη προσοχή σε περίπου 1.200 γονίδια που προηγούμενες έρευνες είχαν συνδέσει με την αποθήκευση μνήμης σε γυμνοσάλιαγκες. Έντεκα από αυτά τα γονίδια, ανακάλυψαν, εξακολουθούσαν να είναι ενεργά στη μία πλευρά του εγκεφάλου των ζώων αλλά όχι στην άλλη, ακόμη και όταν τα ζώα είχαν προφανώς ξεχάσει το σοκ.

Το γιατί αυτά τα 11 γονίδια ήταν ενεργά και ποια λειτουργία εξυπηρετούσαν είναι ακόμα άγνωστο. Δεν είναι καν βέβαιο ότι η δραστηριότητά τους σχετίζεται άμεσα με την ξεχασμένη μνήμη. οι ερευνητές θα έπρεπε να χειραγωγήσουν αυτά τα γονίδια για να το ανακαλύψουν. Αλλά η πιθανότητα που ενθουσιάζει τους Calin-Jagemans είναι ότι αυτά τα γονίδια συνδέθηκαν με τη μνήμη — είτε για τη διατήρηση κάποιου υπολείμματος του εγγράμματος είτε για τη διαγραφή του.

Μια περαιτέρω σχετική παρατήρηση είναι ότι οι Calin-Jagemans είπαν ότι είδαν μια αύξηση στην έκφραση των θαλάσσιων γυμνοσάλιαγκων μιας νευροχημικής ουσίας που ονομάζεται FMRFamide, μια ένωση που λειτουργεί στους θαλάσσιους γυμνοσάλιαγκες παρόμοια με το πώς λειτουργεί η ντοπαμίνη στα θηλαστικά. Εάν ναι, είναι πιθανό ότι το FMRFamide μπορεί να παραχθεί για να διαταράξει τις μνήμες σε μια διαδικασία όπως αυτή που κατέγραψε ο Davis για την ντοπαμίνη στην εγγενή λήθη στις μύγες των φρούτων.

Χειρισμός αναμνήσεων

Για τον Robert Calin-Jageman, είναι συναρπαστικό ότι η λήθη φαίνεται να είναι μια βιολογική διαδικασία όπως η πέψη ή η απέκκριση, επειδή αυτό σημαίνει ότι μπορεί, τουλάχιστον θεωρητικά, να αυξηθεί ή να μειωθεί. Υπέθεσε προσεκτικά ότι, εάν αυτά τα ευρήματα ισχύουν στους ανθρώπους, οι μελλοντικοί ερευνητές μπορεί να είναι σε θέση να βοηθήσουν τους ανθρώπους να ξεχνούν τις κακές αναμνήσεις πιο εύκολα και να θυμούνται τις καλές για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.

Ο χειρισμός της διαδικασίας της λήθης μπορεί τελικά να βρει εφαρμογές στη θεραπεία νευροεκφυλιστικών καταστάσεων όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ και άλλων τύπων γνωστικών εκπτώσεων που προκαλούν υπερβολική λήθη στους ηλικιωμένους. Μπορεί επίσης να είναι χρήσιμο για την ανακούφιση των διαταραχών μετατραυματικού στρες, στις οποίες οι ασθενείς προσηλώνονται σε ορισμένες σκέψεις. «Μπορείτε να φανταστείτε ότι εάν μπορείτε να αξιοποιήσετε πώς ο εγκέφαλος ξεχνά, ίσως μπορείτε να αποδυναμώσετε αυτές τις δυσπροσαρμοστικές αναμνήσεις», είπε ο Frankland. Σημείωσε ότι η ελεγχόμενη λήθη μπορεί επίσης να βοηθήσει στην εξάλειψη των εθισμών.

Ο Ντέιβις είπε ότι η δυνατότητα των μελλοντικών εφαρμογών μπορεί να εξαρτηθεί από την κατανόηση όλων των ενεργών μηχανισμών λήθης. Προέβλεψε ότι υπάρχουν πιθανώς πολλά από αυτά που είναι ακόμα άγνωστα στην επιστήμη.

Και πριν οι εφαρμογές ελεγχόμενης λήθης χτυπήσουν τις κλινικές, θα αντιμετωπίσουν επίσης τον έλεγχο από τους ηθικολόγους. «Είναι πιθανώς επικίνδυνο αν μιλάς για το ότι μπορείς να ξεχνάς επιλεκτικά πράγματα», πρόσθεσε ο Frankland. "Αλλά αν παίρνετε ένα φάρμακο που προάγει τη γενική λήθη, τότε βλέπω λιγότερα ηθικά ζητήματα."