چگونه فناوری، می تواند به ما اجازه دهد، خاطرات را ببینیم و دستکاری کنیم؟
اپتوژنتیک و تصویربرداری پیشرفته، به دانشمندان علوم اعصاب کمک کرده است تا چگونگی شکل گیری خاطرات را درک کنند و دستکاری آنها را ممکن کرده است.
توسط جاشوا سارینا نوروساینتیست
25 آگوست 2021
86 میلیارد نورون در مغز انسان، وجود دارد که هر کدام دارای هزاران اتصال هستند و باعث ایجاد صدها تریلیون سیناپس، می شوند. سیناپس ها- نقاط اتصال بین نورون ها- خاطرات را ذخیره می کنند. تعداد بسیار زیاد نورون ها و سیناپس ها در مغز ما، یافتن مکان دقیق یک حافظه ی خاص را به یک چالش علمی بزرگ تبدیل می کند.
پی بردن به چگونگی شکل گیری خاطرات، ممکن است در نهایت به ما کمک کند درباره ی خودمان بیشتر بدانیم و قدرت ذهنی خود را سالم و پیشرفته، نگه داریم.
حافظه به شکل گیری هویت ما کمک می کند و اختلال حافظه، ممکن است نشان دهنده ی یک اختلال مغزی باشد. بیماری آلزایمر با از بین بردن سیناپس ها، حافظه افراد را از بین می برد.
اعتیاد، مراکز یادگیری و حافظه مغز را می زداید و برخی از شرایط سلامت روان، مانند افسردگی، با اختلال حافظه مرتبط است.
علوم اعصاب از جهات بسیاری، ماهیت خاطرات را آشکار کرده است، اما خود، مفهوم خاطرات را نیز تغییر داده است.
پنج سوال زیر نشان می دهد ما چقدر آموخته ایم و چه رازهایی باقی مانده است.
۱- آیا می توانیم خاطرات را در مغز ببینیم؟
دانشمندان علوم اعصاب، طرح کلی خاطرات را در مغز برای چندین دهه مشاهده کرده اند. با این حال، اخیراً آنها توانستند بازنمایی فیزیکی پایدار یک حافظه را ببینند که به آن انگرام حافظه می گویند. یک انگرام، در شبکه‌ای از نورون‌های متصل، ذخیره میشود و نورون‌هایی- که انگرام را نگه می‌دارند- میتوانند بدرخشند تا از طریق میکروسکوپ‌های ویژه، قابل مشاهده باشند.
امروزه، عصب‌شناسان میتوانند با فعال کردن مصنوعی شبکه‌های زیربنایی و درج اطلاعات جدید، انگرام‌های حافظه را دستکاری کنند. این تکنیک ها همچنین نحوه ی عملکرد انواع مختلف حافظه و محل ثبت هر کدام در مغز را روشن می کند.
خاطره ی زندگی‌نامه‌ای اپیزودیک Episodic autobiographical memory به آنچه اتفاق افتاده و مکان و زمان آن، می‌پردازد و به هیپوکامپ یعنی ساختاری به شکل اسب دریایی، متکی است.
خاطرات عملکردی- که توسط عقده‌های قاعده‌ای پشتیبانی می‌شوند- به ما اجازه می دهد به یاد بیاوریم که چگونه رفتارهای معمولی مانند دوچرخه‌سواری را انجام دهیم. این منطقه در افراد معتاد، دچار اختلال می شود.
توانایی ما برای یادآوری حقایق، مانند نام پایتخت ها، به لطف حافظه ی معنایی است که در قشر مغز، ذخیره می شود.
۲- چه ابزاری به ما اجازه می دهد خاطرات را ببینیم؟
در پایان قرن نوزدهم، میکروسکوپ‌های رومیزی، امکان شناسایی تک تک نورون‌ها را فراهم کرد و به دانشمندان این امکان را داد تا تصاویری با جزئیات خیره‌کننده از مغز، ترسیم کند.
در اواسط قرن بیستم، میکروسکوپ‌های الکترونی قدرتمند، می‌توانستند ساختارهای سیناپسی را به عرض تنها ده‌ها نانومتر (در حدود عرض یک ذره ویروس) نشان دهند.
در آغاز قرن بیست و یکم، دانشمندان علوم اعصاب از میکروسکوپ‌های دو فوتونی برای تماشای شکل‌گیری سیناپس‌ها در زمان واقعی، هنگام یادگیری موش‌ها استفاده کردند.
پیشرفت‌های باورنکردنی در ژنتیک همچنین امکان مبادله ی ژنها را در داخل و خارج از مغز برای پیوند آن با عملکرد حافظه، فراهم کرد. دانشمندان از ویروس‌ها برای وارد کردن یک پروتئین فلورسنت سبز- که در چتر دریایی وجود دارد- به مغز موش استفاده کردند و این، باعث میشود نورون‌ها در حین یادگیری، روشن شوند.
آنها همچنین از پروتئین جلبکی به نام کانال رودوپسین (ChR2) برای فعال سازی مصنوعی نورون ها استفاده کرده اند. این پروتئین به نور آبی حساس است، بنابراین هنگامی که به نورون ها وارد می شود، نورون ها را می توان با لیزر آبی، روشن و خاموش کرد - (تکنیکی به نام اپتوژنتیک).
با استفاده از این فناوری- که تقریباً دو دهه پیش توسط محققان دانشگاه استنفورد ابداع شد- عصب‌شناسان میتوانند سلولهای انگرام حافظه را در حیوانات آزمایشگاهی به‌طور مصنوعی فعال کنند.
تکنیک‌های جدید همچنین امکان مطالعه ی نحوه ی انتقال تکانه‌های عصبی اطلاعات بیرونی را به دنیای درونی ما فراهم میکنند. برای مشاهده ی این فرآیند در مغز، دانشمندان علوم اعصاب از الکترودهای کوچک برای ضبط تکانه ها استفاده می کنند که فقط چند میلی ثانیه طول می کشد.
ابزارهای تحلیلی مانند الگوریتم‌های رمزگشایی عصبی، میتوانند نویز را حذف کنند تا الگوهایی را- که نشان‌دهنده ی یک مرکز حافظه در مغز هستند- آشکار کنند. کیت های نرم افزار با منبع باز، به آزمایشگاه های علوم اعصاب بیشتری، اجازه می دهد تا چنین تحقیقاتی را انجام دهند.
۳- این ابزارها در مورد چگونگی ایجاد و ذخیره ی خاطرات به ما چه می گویند؟
چگونگی تبدیل شدن نورون‌ها به بخشی از انگرام حافظه، تا همین اواخر، یک راز بوده است. وقتی عصب‌شناسان نزدیک‌تر نگاه کردند، از دیدن اینکه نورون‌ها برای ذخیره ی خاطرات با یکدیگر رقابت میکنند، شگفت‌زده شدند. با وارد کردن ژنها به مغز برای افزایش یا کاهش تحریک‌پذیری نورون، محققان دریافتند هیجان‌زده‌ترین نورون‌ها در ناحیه، به بخشی از انگرام تبدیل می‌شوند. این نورون ها همچنین به طور فعال همسایگان خود را از تبدیل شدن به بخشی از انگرام دیگر برای مدت کوتاهی، باز می دارند.
این رقابت احتمالاً به شکل‌گیری خاطرات، کمک میکند و نشان میدهد که محل تخصیص خاطرات در مغز، تصادفی نیست.
در آزمایش های دیگر، محققان دریافتند که شبکه های عصبی، خاطرات فراموش شده را حفظ می کنند. موش هایی- که با یک کوکتل از مهارکننده های پروتئین، تزریق می شوند- دچار فراموشی می گردند و احتمالاً اطلاعات را فراموش می کنند زیرا سیناپس های آنها پژمرده می شوند. اما محققان دریافتند که این خاطرات برای همیشه از بین نمی‌روند - نورون‌ها همچنان اطلاعات را نگه می‌دارند، اگرچه بدون سیناپس‌ها نمی‌توان آنها را بازیابی کرد.(حداقل وقتی تحریک اپتوژنتیک به آنها وارد نشود.)
موش های مبتلا به آلزایمر، از دست دادن حافظه ی مشابهی را نشان دادند.
یافته ی دیگر این است که چگونه رویاپردازی، حافظه ی ما را تقویت می کند. دانشمندان علوم اعصاب مدت‌ها فکر می‌کردند که با تکرار تجربیات روزانه، به شکل تکانه‌های عصبی در طول خواب، آن خاطرات به آرامی از هیپوکامپ، به قشر مغز منتقل می‌شوند تا مغز بتواند اطلاعاتی را برای ایجاد قوانینی در مورد جهان، استخراج کند. آنها همچنین می‌دانستند که برخی از قوانین، توسط قشر مغز با سرعت بیشتری سنتز می‌شوند، اما مدل‌های موجود نمی‌توانند توضیح دهند که چگونه این اتفاق می افتاد. با این حال، اخیراً محققان از ابزارهای اپتوژنتیک در مطالعات حیوانی استفاده کرده اند تا نشان دهند که هیپوکامپ همچنین برای ایجاد این خاطرات قشر مغز- که به سرعت شکل می گیرند- کار می کند.
تاکاشی کیتامورا ، استادیار مرکز پزشکی جنوب غربی دانشگاه تگزاس می‌گوید: «هیپوکامپ به ایجاد سریع انگرام‌های حافظه ی نابالغ در قشر مغز کمک میکند. هیپوکامپ هنوز هم به قشر مغز آموزش می دهد، اما بدون ابزارهای اپتوژنتیک، ممکن است انگرام های نابالغ را مشاهده نکرده باشیم.
۴- آیا می توان خاطرات را دستکاری کرد؟
خاطرات- آنطور که ممکن است تصور شود- پایدار نیستند. طبیعتاً آنها باید متمایل به تغییر باشند، در غیر این صورت، یادگیری غیرممکن خواهد بود.
تقریباً یک دهه پیش، محققان MIT موش‌ها را به‌طور ژنتیکی، تغییر دادند، به طوری که وقتی نورون‌های آنها در حین یادگیری فعال بودند، این فعالیت، ژن ChR2 را فعال کرد که به پروتئین فلورسنت سبز متصل بود. دانشمندان علوم اعصاب با دیدن اینکه کدام نورون ها فلورسان دارند، می توانند تشخیص دهند که کدام یک در یادگیری نقش دارند. و آنها می توانند با تابش نور بر روی ژن های ChR2 مرتبط با آن نورون ها، خاطرات خاصی را دوباره فعال کنند.
با این توانایی، محققان MIT یک حافظه ی کاذب را در مغز موش قرار دادند. ابتدا موش‌ها را در یک جعبه مثلثی قرار دادند- که ژنها و نورون‌های خاص ChR2 را فعال می‌کرد. سپس موش‌ها را در جعبه‌ای مربعی قرار دادند و در حالی که نوری به نورون‌های ChR2 مرتبط با محیط اول می‌تابیدند، به پاهایشان شوک وارد کردند.
در نهایت، موش‌ها حافظه ی جعبه مثلث را با شوک‌ها مرتبط کردند، حتی در حالی که فقط زمانی که در جعبه ی مربع بودند، شوکه شدند.
استیو رامیرز ، یکی از نویسندگان این مطالعه- که اکنون استادیار علوم اعصاب در دانشگاه بوستون است- می‌گوید: «حیوانات از محیطی می‌ترسیدند که از نظر فنی هرگز اتفاق بدی در آن، رخ نداده بود.
استفاده از چنین تکنیک هایی شامل کابل های فیبر نوری و لیزر، برای آزمایش بر روی مغز انسان امکان پذیر نیست، اما نتایج روی مغز موش ها نشان می دهد که چقدر به راحتی می توان خاطرات را دستکاری کرد.
۵- آیا می توانیم خاطرات را خارج از مغز ببینیم؟
خاطرات انسان را می توان با استفاده از اسکنرهای مغزی به صورت بصری بازسازی کرد. در تحقیقات انجام شده توسط بریس کول- که اکنون استادیار علوم اعصاب شناختی در دانشگاه اورگان است- به افراد، تصاویر داده شد تا مشاهده کنند و مغز آنها با دستگاه ام آر آی، اسکن شد تا مناطق فعال، اندازه گیری شود.
سپس الگوریتمی آموزش داده شد تا حدس بزند که فرد در حال مشاهده چه چیزی است و تصویری را بر اساس این فعالیت، بازسازی کند.
این الگوریتم همچنین تصاویر شرکت‌کنندگانی را بازسازی کرد- که از آنها خواسته شد- یکی از تصاویری را که مشاهده کرده‌اند در ذهن خود نگه دارند.
در این تصاویر بازسازی شده، جای زیادی برای بهبود وجود دارد، اما این کار، نشان داد که الگوریتم های تصویربرداری عصبی و بازسازی، واقعاً می توانند محتوای خاطرات انسانی را برای دیدن دیگران، نشان دهند.
فناوری به دانشمندان علوم اعصاب اجازه داده تا به مغز نگاه کنند و آثار درخشان و ریز حافظه را ببینند. با این حال، کشف این- که تجربیات و دانش می توانند کاشته یا بیرونی شوند- به حافظه نیز معنای متفاوتی بخشیده است. این، چه معنی است برای احساس و درک ما از اینکه ما چه هستیم؟ https://www.technologyreview.com/2021/08/25/1031417/memory-brain-questions?utm_source=Facebook&utm_campaign=site_visitor.unpaid.engagement&utm_medium=tr_social&fbclid=IwAR0buhMkqOlMxPwq5jm-uCWZfd2DUEPsPqqRtZXlgX0HcUEHuQxHo8WyLiA
آدرس مطب : اصفهان ، خیابان آمادگاه ، روبروی داروخانه سپاهان ، مجتمع اطبا ، طبقه اول
تلفن : 32223328 - 031
