دانشمندان یکی از نظریه‌های اصلی حافظه را زیر سوال برده‌اند

به گزارش مجله خبری نگار، دانشمندان علوم اعصاب مدت‌هاست که معتقدند حافظه بلندمدت در درجه اول به قدرت اتصالات بین نورون‌ها در مغز بستگی دارد. با این حال، یک مطالعه جدید توسط دانشمندان موسسه علوم و فناوری اوکیناوا که در Live Science منتشر شده است، نشان داد که حتی پس از خواب زمستانی مصنوعی، که طی آن بیش از نیمی از سیناپس‌های هیپوکامپ موش‌ها ناپدید شدند، حیوانات اطلاعات آموخته شده قبلی را فراموش نکردند. نویسندگان این مطالعه معتقدند که خاطرات ممکن است متفاوت از آنچه قبلاً تصور می‌شد ذخیره شوند و خود این کشف می‌تواند رویکرد مطالعه حافظه و بیماری‌های عصبی را تغییر دهد. برای اطلاعات بیشتر به مقاله ایزوستیا مراجعه کنید.

خواب مصنوعی خاطرات را برخلاف انتظارات حفظ کرد

این مطالعه با سوالی آغاز شد که مدت‌هاست دانشمندان علوم اعصاب را مجذوب خود کرده است: مغز چگونه خاطرات را حفظ می‌کند در حالی که ساختار آن دائماً در حال تغییر است؟ به خوبی شناخته شده است که اتصالات عصبی ثابت نمی‌مانند - آنها در طول زندگی تشکیل می‌شوند، ناپدید می‌شوند و دوباره ساخته می‌شوند. با این حال، تاکنون اعتقاد بر این بود که اتصالات سیناپسی قوی پایه و اساس حافظه بلندمدت هستند.

برای آزمایش این فرضیه، دانشمندان موسسه علوم و فناوری اوکیناوا از یک مدل غیرمعمول استفاده کردند. آنها موش‌ها را وادار به گذراندن حالت خواب زمستانی مصنوعی، به نام torpor، کردند که در طی آن دمای بدن و متابولیسم به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. این حالت با بازسازی گسترده مغز و از دست دادن تعداد زیادی سیناپس در هیپوکامپ، ناحیه‌ای که مسئول یادگیری و حافظه است، همراه است.

قبل از آزمایش، موش‌ها در چندین کار آموزش دیدند. برخی از حیوانات محل خروج را در یک هزارتو به خاطر سپردند، در حالی که برخی دیگر یاد گرفتند از مکانی که قبلاً در آن شوک الکتریکی ضعیفی دریافت کرده بودند، اجتناب کنند. پس از بیرون آمدن از خواب زمستانی القایی، محققان دوباره حافظه حیوانات را آزمایش کردند.

نتیجه غیرمنتظره بود. علیرغم اینکه بیش از نیمی از اتصالات سیناپسی در هیپوکامپ ناپدید شده بودند، موش‌ها هنوز مسیر عبور از هزارتو را به خاطر داشتند و از بخش خطرناک اجتناب می‌کردند. به عبارت دیگر، چنین بازسازی مغزی در مقیاس بزرگ منجر به از دست رفتن خاطرات از پیش شکل گرفته نشد.

برای مقایسه، دانشمندان یک گروه کنترل ایجاد کردند که در آن با استفاده از بیهوشی و مواد شیمیایی، از دست دادن سیناپس‌های مشابه القا شد. در این مورد، حافظه حیوانات واقعاً رو به زوال رفت. تفاوت‌های بین دو گروه بود که محققان را به این نتیجه رساند که مکانیسم‌هایی برای محافظت از خاطرات در طول بازسازی طبیعی مغز وجود دارد.

این یافته‌ها یکی از پذیرفته‌شده‌ترین مدل‌های ذخیره‌سازی حافظه را زیر سوال می‌برد. طبق نظریه کلاسیک، خاطرات از طریق تقویت ارتباطات سیناپسی منفرد بین نورون‌ها تثبیت می‌شوند. اگر بخش قابل توجهی از این ارتباطات از بین بروند، حافظه باید ضعیف شود.

با این حال، این مطالعه تصویر متفاوتی را نشان داد: با وجود از دست دادن تعداد زیادی سیناپس، سازماندهی کلی شبکه عصبی نسبتاً پایدار باقی ماند. محققان نتیجه گرفتند که خاطرات بلندمدت ممکن است کمتر به ارتباطات فردی و بیشتر به ساختار کل شبکه وابسته باشند.

دانشمندان توجه ویژه‌ای به مراکز سیناپسی داشتند - مناطقی که یک نورون به چندین نورون دیگر متصل می‌شود یا گروه‌هایی از خار‌های دندریتیک در نزدیکی آنها قرار دارند. این ساختار‌ها پس از خواب زمستانی مصنوعی به احتمال زیاد حفظ می‌شوند و ممکن است به عنوان نوعی "داربست" عمل کرده باشند که مغز در اطراف آن اتصالات از دست رفته را دوباره برقرار می‌کند.

نویسندگان این مطالعه اظهار می‌کنند که حافظه ممکن است نه در نورون‌های منفرد یا حتی سیناپس‌های خاص، بلکه در معماری توپولوژیکی کلی شبکه عصبی ذخیره شود. به عبارت دیگر، این تک تک اتصالات نیستند که اهمیت دارند، بلکه نحوه سازماندهی کل سیستم تعاملات سلول‌های مغزی است که اهمیت دارد. خود محققان تأکید می‌کنند که این مطالعه ایده‌های موجود در مورد نقش سیناپس‌ها را رد نمی‌کند. در عوض، نشان می‌دهد که مکانیسم‌های تشکیل و ذخیره حافظه ممکن است به طور قابل توجهی پیچیده‌تر از آن چیزی باشد که قبلاً تصور می‌شد.

در حال حاضر، یافته‌های این مطالعه فقط در مورد موش‌های آزمایشگاهی صدق می‌کند، بنابراین نمی‌توان آنها را مستقیماً در مورد انسان‌ها به کار برد. اگر این فرضیه در مطالعات بیشتر تأیید شود، می‌تواند رویکرد مطالعه بیماری آلزایمر و سایر بیماری‌های نورودژنراتیو که در آنها اتصالات عصبی به تدریج از بین می‌روند را تغییر دهد. شاید عامل کلیدی تعداد سیناپس‌های باقی‌مانده نباشد، بلکه توانایی مغز در حفظ سازماندهی کلی شبکه عصبی باشد.

نویسندگان همچنین خاطرنشان می‌کنند که اصول سازماندهی شبکه عصبی انعطاف‌پذیر ممکن است بسیار فراتر از علوم اعصاب مفید واقع شود. آنها معتقدند که درک چگونگی حفظ اطلاعات توسط مغز با وجود سازماندهی مجدد مداوم، می‌تواند به توسعه روش‌های جدید ذخیره‌سازی داده‌ها و سیستم‌های هوش مصنوعی انعطاف‌پذیرتر کمک کند.

این مطالعه پاسخ قطعی به این سوال که مغز دقیقاً چگونه خاطرات را ذخیره می‌کند، ارائه نمی‌دهد. با این حال، نشان می‌دهد که حافظه احتمالاً بسیار مقاوم‌تر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد. اگر این مفهوم در مطالعات آینده تأیید شود، دانشمندان ممکن است مجبور شوند یکی از اصول اساسی علوم اعصاب مدرن را مورد تجدید نظر قرار دهند.