دانشمندان نحوه تشکیل خاطرات در مغز زنده را مشاهده کردند

تصور کنید درحالی‌که درحال لذت بردن از صبحانه خود هستید، عنکبوتی از سقف جدا می‌شود و درون ظرف شیر غلات شما می‌افتد. سال‌ها بعد، هنوز نمی‌توانید آن خاطره را فراموش کنید و وقتی کاسه غلاتی را می‌بینید، حالتان به‌هم می‌خورد. پژوهشگران اخیراً به‌طور مستقیم مشاهده کرده‌اند که در مغز چه اتفاقی می‌افتد که این نوع واکنش احساسی را می‌آموزد.

نشانگرهای فلورسنت فعالیت عصبی مغز این لارو گورخرماهی هفت روزه را آشکار می‌کنند.

در مطالعه‌ای که ماه ژانویه در مجله‌ی PNAS منتشر شد، گروهی از پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیای جنوبی توانستند خاطرات شکل‌گرفته در مغز ماهی‌های آزمایشگاهی را آشکار کنند و از آن‌ها زیر میکروسکوپ الکترونی همان‌طور که به رنگ‌های فلورسنت شکوفا می‌شدند، تصویربرداری کنند.

از پژوهش‌های گذشته، آن‌ها انتظار داشتند که مغز حافظه را ازطریق ایجاد اندکی تغییر در معماری عصبی رمزگذاری کند؛ اما پژوهشگران از مشاهده بازسازی اساسی در اتصالات شگفت‌زده شدند. آنچه آن‌ها مشاهده کردند، این ایده را تقویت می‌کند که حافظه پدیده‌ی پیچیده‌ای است که شامل مسیرهای رمزگذاری فراوانی می‌شود و خاطرات متفاوت به روش‌های مختلفی رمزگذاری می‌شوند. این نتیجه‌ ممکن است توضیح دهد چرا برخی از واکنش‌های تروماتیک شرطی بسیار پایدار هستند و فراموش کردن آن‌ها دشوار است.

اسکات فریزر، زیست‌شناسی از دانشگاه کالیفرنیای جنوبی و نویسنده مطالعه گفت ممکن است چیزی که به آن نگاه می‌کنیم، معادل درایو حالت جامد در مغز باشد. درحالی‌که مغز برخی از انواع خاطرات را به شکل فرار ثبت می‌کند که به‌راحتی قابل پاک شدن است، خاطرات ترسناک ممکن است به شکل قوی‌تری ذخیره شوند. این مسئله می‌تواند به توضیح این موضوع کمک کند که چرا سال‌ها بعد، برخی افراد می‌توانند خاطره‌ای را چنان به خاطر بیاورند که گویی آن را دوباره تجربه می‌کنند.

حافظه اغلب در قشر مغز که روی مغز پستانداران را می‌پوشاند و نیز درون هیپوکامپ در قاعده مغز مورد مطالعه قرار گرفته؛ اما در ساختارهای عمیق‌تری مانند آمیگدال، یعنی مرکز تنظیم ترس، کمتر مورد بررسی قرار گرفته است.

آمیگدال مسئول خاطرات تداعی‌گرایانه است که دسته مهمی از خاطرات دارای بار عاطفی هستند که موارد متفاوتی را به هم مرتبط می‌کنند، مانند خاطره عنکبوتی که در غذای شما افتاد.

ماهی‌ها برخلاف پستانداران آمیگدال ندارند، اما منطقه مشابهی به نام پالیوم دارند که حافظه تداعی‌گر در آنجا شکل می‌گیرد. دسترسی به پالیوم برای مطالعه راحت‌تر است: درحالی‌که مغز درحال رشد پستانداران مانند بالون بزرگ‌ می‌شود، مغز گورخرماهی حین رشد مانند دانه ذرت بوداده درمی‌آید. بنابراین، دسترسی به مراکز عمیق آن راحت‌تر است و می‌توانیم از آن‌ تصویربرداری کنیم. علاوه‌بر‌این، لارو گورخرماهی شفاف است به‌طوری‌که پژوهشگران می‌توانند مستقیما مغز آن‌ را بررسی کنند.

عصب‌شناسان دراین‌باره توافق دارند که مغز با اصلاح سیناپس‌های خود (اتصالات کوچکی که در آنجا نورون‌ها به هم می‌رسند) خاطرات را ایجاد می‌کند؛ اما بیشتر آن‌ها معتقدند این کار عمدتاً با تغییر قدرت اتصالات انجام می‌شود، یعنی اینکه یک نورون با چه شدتی نورون بعدی را تحریک می‌کند.

بنابراین، برای اینکه این فرایند قابل مشاهده شود، فریزر و تیمش گورخرماهی را مهندسی کردند تا نورون‌هایی را تولید کند که نشانگر پروتئینی فلورسنتی به سیناپس‌های آن‌ها متصل باشد. پروتئین نشانگر که در آزمایشگاه دان آرنولد، استاد علوم زیست‌شناسی و مهندسی زیستی دانشگاه کالیفرنیای جنوبی تولید شد، زیر نور لیزر ضعیف میکروسکوپ مخصوصی می‌درخشید. فریزر گفت: «چالش انجام این کار توانایی مشاهده اتفاقات حین رخ دادن آن بود، اما درعین‌حال برای جلوگیری از سوزاندن موجودات باید تا حد امکان از نور کمتری استفاده می‌کردیم.» سپس پژوهشگران توانستند نه‌تنها محل سیناپس‌ها بلکه قدرت آن‌ها را نیز ببینند (هرچه نور روشن‌تر بود، اتصال قوی‌تر بود).

اسکات فریزر و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی شکل‌گیری حافظه تداعی‌گر ناخوشایند در مغز گورخرماهی را بررسی کردند.

فریزر و تیمش برای ایجاد خاطره، لاروهای گورخرماهی را شرطی کردند تا نوری را با گرمای ناخوشایندی مرتبط کنند (به همان شکلی که فیزیولوژیست روسی قرن نوزدهم، ایوان پاولف، سگ‌های خود را شرطی کرد که با شنیدن صدای زنگ، بزاق دهانشان ترشح شود). لاروهای گورخرماهی یاد گرفتند که با دیدن نور مذکور، شنا کنند (در این آزمایش سر لاروها بی‌حرکت بود اما دم آن‌ها آزاد بود تا به‌عنوان نشانه‌ای از رفتار آموخته‌شده به اطراف حرکت کند).

پژوهشگران قبل و بعد از یادگیری ماهی، از پالیوم آن‌ها تصویربرداری کردند و تغییر در قدرت و محل سیناپس‌ها را تجزیه‌و‌تحلیل کردند. برخلاف انتظار، قدرت سیناپسی در پالیوم بدون توجه به اینکه ماهی چیزی یاد گرفته بود یا نه، تقریباً ثابت باقی ماند. درعوض، در ماهی‌هایی که یاد گرفتند، سیناپس‌ها از برخی از مناطق پالیوم حذف شدند و در برخی مناطق دوباره رشد کردند.

مطالعات قبلی در مواردی پیشنهاد کرده بودند که خاطرات می‌توانند ازطریق افزودن و حذف سیناپس‌ها تشکیل شوند، اما این تصویرسازی وسیع در زمان واقعی از مغز نشان می‌دهد این روش تشکیل حافظه ممکن است نسبت‌به تصور پژوهشگران مهم‌تر باشد. توماس رایان، عصب‌شناسی در کالج ترینیتی دوبلین که در مطالعه مشارکت نداشت، گفت: «اگرچه این اثبات قطعی نیست، شواهد قانع‌کننده‌ای ارائه می‌کند که نشان می‌دهد روش نشان داده‌شده در مطالعه جدید می‌تواند یکی از راه‌های اصلی باشد که طی آن خاطرات در مغز ایجاد می‌شود.»

پژوهشگران می‌گویند نوع حافظه ممکن است نحوه رمزگذاری آن توسط مغز را مشخص کند. فریزر گفت این رویدادهای تداعی‌گر که به آن‌ها نگاه کرده‌ایم، ممکن است قوی‌ترین نوع خاطرات باشند. برای ماهی‌ها، آن‌ها تعیین‌کننده سرنوشت هستند، بنابراین عجیب نیست که این خاطرات قوی را به روش بسیار قوی رمزگذاری کنید. اما آنچه برای تثبیت خاطرات ترسناک مناسب است، ممکن است برای خاطرات عادی بهترین گزینه نباشد. وقتی تلفظ نام کسی را یاد می‌گیرید، احتمالاً نیازی به این حذف و اضافه شدن سیناپس‌ها از مغز ندارید.

فریزر و تیمش امیدوار هستند این مدل کمک کند تا مکانیسم‌های دخیل در ایجاد خاطراتی را که موجب اختلال استرس پس از سانحه می‌شوند، بررسی کنند و حتی به ارائه استراتژی‌هایی برای تعدیل این وضعیت کمک کنند.

اما کلیف آبراهام، استاد روانشناسی دانشگاه اتاگو در نیوزیلند که در مطالعه مشارکت نداشت، گفت این یافته‌ها ممکن است بیشتر با سن گورخرماهی ارتباط داشته باشد تا با نوع حافظه‌ای که تشکیل می‌شود.

آبراهام گفت هرس و سازماندهی مجدد سیناپس‌ها به فراوانی به‌عنوان نتیجه‌ای از تجربه در طول رشد در بخش‌های مختلف مغز اتفاق می‌افتد. اگر پژوهشگران گورخرماهی بالغ را بررسی کنند (که انجام آن سخت‌تر است، زیرا شفافیت کمتر و مغز بزرگ‌تری دارد)، ممکن است نتایج متفاوتی به دست آورند. پژوهش جدید ازنظر فنی کار برجسته‌ای بود، اما فقط قطعه‌ای از معمای نحوه تشکیل خاطرات است و هنوز پرسش‌های بی‌پاسخ زیادی وجود دارد مانند اینکه این خاطرات و تغییرات سیناپسی تا چه مدت در گورخرماهی می‌مانند.

پژوهشگران امیدوار هستند بتوانند بررسی کنند که آیا این یافته‌ها در حیوانات دارای مغزهای بزرگ‌تر دیده می‌شود و نیز بررسی کنند که چگونه این گورخرماهی‌ها و حیوانات دیگر خاطراتی را ایجاد می‌کنند که از لحاظ عاطفی بار کمتری دارند. فریزر گفت: «همه فکر می‌کنند راه‌های مختلفی وجود دارد که مغز می‌تواند خاطرات را ذخیره کند. شرط می‌بندم همه‌ی آن‌ها درست می‌گویند ولی سؤالی که وجود دارد، این است که چگونه همه با هم کار می‌کنند؟»