Badanie neurologicznych podstaw pamięci
Pamiętasz cokolwiek z okresu przed ukończeniem trzeciego roku życia? Tak naprawdę większość z nas nie pamięta. Ta niezdolność dorosłych do przywoływania takich wczesnych wspomnień epizodycznych, czyli związanych z konkretnymi, osobistymi przeżyciami, zwana jest amnezją dziecięcą. Chociaż deficyt ten jest powszechnie znany, jego przyczyny pozostają niejasne. „Amnezja dziecięca pozostaje jedną z głównych zagadek w badaniach nad pamięcią, ponieważ niemowlęta bez wątpienia szybko poznają otaczający je świat, a mimo to większości wspomnień z wczesnego okresu życia nie można później świadomie przywołać” — wyjaśnia Francesca Cacucci(odnośnik otworzy się w nowym oknie), profesora neurobiologii na University College London(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Jednym z powodów, dla których badania amnezji dziecięcej stanowią wyzwanie, jest fakt, że dzieci w okresie przedwerbalnym nie są w stanie wiarygodnie opisać swoich doświadczeń. Jeszcze do niedawna naukowcom brakowało narzędzi niezbędnych do badania powstawania obwodów pamięciowych na poziomie neuronów. Ponadto procesy zapamiętywania mogą rozwijać się w różnym tempie. „Oznacza to, że amnezja dziecięca może wynikać z niedojrzałości procesów tworzenia wspomnień, słabej konsolidacji, zmieniających się mechanizmów przywoływania wspomnień lub rozbieżności między sposobem, w jaki wspomnienia powstają we wczesnym okresie życia, a sposobem, w jaki dojrzały mózg próbuje później do nich dotrzeć” — mówi Cacucci. W ramach projektu DEVMEM, finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), Cacucci wraz ze współpracownikami poszukiwała odpowiedzi na te pytania, łącząc eksperymenty z zakresu zachowań rozwojowych, badania elektrofizjologiczne na dużą skalę oraz modelowanie komputerowe w modelach zwierzęcych, aby zbadać, w jaki sposób powstają obwody pamięciowe.
Monitorowanie sieci pamięciowych obejmujących cały mózg
Naukowcy zarejestrowali aktywność neuronalną u swobodnie zachowujących się szczurów na różnych etapach rozwoju, gdy zwierzęta badały otoczenie lub wykonywały zadania sprawdzające pamięć. Jak wyjaśnia Canucci: „Skupiliśmy się przede wszystkim na neuronach dostrojonych do przestrzeni, takich jak komórki miejsca, komórki siatki i komórki reagujące na granice, które, jak się uważa, stanowią neuronalną podstawę pamięci epizodycznej („co, kiedy, gdzie”) oraz orientacji przestrzennej”. Badania dotyczyły również snu który odgrywa istotną rolę w utrwalaniu wspomnień. W ramach projektu wykorzystano zapisy elektrofizjologiczne o wysokiej rozdzielczości, paradygmaty behawioralne, środowiska wirtualnej rzeczywistości oraz modele obliczeniowe, których celem było uchwycenie sposobu, w jaki rozwijające się zwierzęta uczą się na podstawie doświadczeń. „Dzięki temu mogliśmy zbadać nie tylko poszczególne obszary mózgu, ale także to, w jaki sposób dojrzewają większe sieci skupione wokół hipokampu i zaczynają wspierać stabilne zachowania oparte na pamięci” — dodaje Cacucci.
Odkrywanie, jak rodzą się wspomnienia
Jednym z głównych spostrzeżeń było to, że wiele układów neuronowych związanych z pamięcią powstaje stopniowo i w sposób asynchroniczny. „Na przykład układy mózgowe odpowiedzialne za przekształcanie informacji między egocentrycznym (skupionym na sobie) a alocentrycznym (skupionym na świecie) układem odniesienia dojrzewają stosunkowo późno” — zauważa Cacucci. „Uważa się, że pomagają one mózgowi przekształcić bezpośrednie, osobiste doświadczenia w trwałe mentalne mapy miejsc i wydarzeń”. W ramach projektu odkryto między innymi, że kluczowe wzorce aktywności neuronalnej związane z utrwalaniem pamięci podczas snu pojawiają się w sposób wysoce skoordynowany, co potwierdza tezę, że zdolność mózgu do kodowania, porządkowania i utrwalania doświadczeń w postaci wspomnień rozwija się stopniowo w miarę rozwoju.
Głębsze zrozumienie — od amnezji po sztuczną inteligencję
Badania te mogą potencjalnie pomóc nam zrozumieć inne formy amnezji, ponieważ wiele schorzeń neurologicznych i psychiatrycznych wiąże się z zaburzeniami w funkcjonowaniu sieci pamięciowych, konsolidacji zależnej od snu lub komunikacji między obszarami mózgu. „Zrozumienie sposobu, w jaki systemy te zazwyczaj powstają w trakcie rozwoju, może pomóc nam zrozumieć, co się dzieje, gdy dochodzi do ich zaburzeń w późniejszym okresie życia” — zauważa Cacucci. Modelowanie obliczeniowe pokazało również, że kolejność i struktura wczesnych doświadczeń mają silny wpływ na reprezentacje przyswajane przez sztuczne sieci neuronowe, co może wpłynąć na przyszłe szkolenie niezawodnych systemów sztucznej inteligencji. „Kolejnym kierunkiem badań jest sprawdzenie, czy lepsze zrozumienie mechanizmów konsolidacji wspomnień zależnej od snu mogłoby w przyszłości przyczynić się do rozwoju badań nad wspomnieniami traumatycznymi” — dodaje Cacucci.