مغز چگونه تجربیات ما را به‌عنوان خاطرات خوب یا بد ثبت می‌کند؟

شما در سفری بی‌تکرار در کنیا هستید. در طول ماجراجویی خود از ساوانا عبور می‌کنید و راهنمای تور به فیل‌ها در سمت راست شما و شیرها در سمت چپ شما اشاره می‌کند. سال‌ها بعد، وارد گل‌فروشی شهر خود می‌شوید و بوی چیزی شبیه گل‌های درختان آبنوس آفریقایی را می‌شنوید که فضا را پر کرده است. وقتی چشم‌های خود را می‌بندید، فروشگاه محو می‌شود و به آن لندرور برمی‌گردید و از آن یادآوری آن خاطره شادی‌بخش لبخند می‌زنید.

حالا سناریوی دیگری را تصور کنید. شما در سفری استثنایی در کنیا و درحال عبور از ساوانا هستید، درحالی‌که راهنمای تور به فیل‌ها در سمت راست و شیرها در سمت چپ شما اشاره می‌کند. از گوشه چشم متوجه می‌شوید کرگدنی به‌دنبال خودرو می‌دود... او ناگهان به سمت شما می‌آید و راهنمای تور فریاد می‌زند که راننده گاز بدهد. آدرنالین شما افزایش پیدا می‌کند و با خود فکر می‌کنید که اینگونه خواهید مُرد. سال بعد، وقتی به گل‌فروشی می‌روید، آن بوی شیرین گل شما را به لرزه می‌اندازد. هائو لی، پژوهشگران فوق دکترا در مؤسسه مطالعات زیست‌شناسی سالک در کالیفرنیا گفت: «مغز شما اساسا آن بو را با احساسات مثبت با منفی مرتبط می‌کند.»

این احساسات فقط با حافظه مرتبط نیستند. آن‌ها بخشی از آن هستند. مغز زمانی که اطلاعات را رمزگذاری می‌کند، یک ارزش عاطفی به آن اختصاص می‌دهد و تجربیات را به‌عنوان خوب یا بد ثبت می‌کند.

اکنون می‌دانیم مغز چگونه این کار را انجام می‌دهد. همان‌طور که لی و تیمش اخیراً در مجله نیچر گزارش کرده‌اند، تفاوت خاطراتی که موجب لبخند می‌شوند و خاطراتی که فرد را به لرزه می‌اندازند، به‌وسیله‌ی پپتید کوچکی به نام «نوروتنسین» ایجاد می‌شود. طبق یافته‌های آن‌ها، وقتی مغز تجربیات جدید را در لحظه قضاوت می‌کند، نورون‌ها آزادسازی نوروتنسین را تنظیم می‌کنند و این تغییر اطلاعات ورودی را به مسیرهای عصبی مختلف ارسال می‌کند تا به‌عنوان خاطرات مثبت یا منفی رمزگذاری شوند.

این کشف نشان می‌دهد که مغز در خَلق خاطرات، ممکن است درجهت به خاطر سپردن خاطرات به شکل ترسناک سوگیری داشته باشد. این ترفند تکاملی ممکن است به محتاط نگه داشتن اجداد ما کمک کرده باشد. توماس رایان، عصب‌شناس کالج ترینیتی دوبلین که در مطالعه مشارکتی نداشت، گفت: «این یافته‌ها به ما بینش قابل‌توجهی درمورد این موضوع ارائه می‌دهد که چگونه با عواطف متناقض کنار می‌آییم.»

لی گفت این موضوع همچنین فرصت‌هایی را برای کاوش پایه‌های زیستی اضطراب، اعتیاد و دیگر شرایط عصبی روانی فراهم می‌کند که ممکن است گاهی‌اوقات زمانی ایجاد شود که اختلال در این مکانیسم منجر به پردازش منفی بیش از اندازه ‌شود. در تئوری، هدف قرار دادن مکانیسم مذکور به کمک داروهای جدید می‌تواند راهی برای درمان باشد. ون لی، دانشیار دانشگاه ایالتی فلوریدا که زیست‌شناسی اختلالات اضطرابی را مطالعه می‌کند و در این مطالعه مشارکت نداشت، گفت: «این مطالعه فوق‌العاده‌ای است که تأثیر عمیقی بر مفاهیم روان‌پزشکی مرتبط با ترس و اضطراب خواهد داشت.»

دانشمندان علوم اعصاب هنوز به‌خوبی نمی‌دانند که مغز خاطرات را چگونه رمزگذاری و ثبت می‌کند یا اینکه آن‌ها را فراموش می‌کند. با این وجود، تخصیص ارزش (مثبت یا منفی) به‌عنوان یکی از بخش‌های حیاتی فرایند تشکیل خاطرات دارای بار عاطفی درنظر گرفته می‌شود.

توانایی مغز برای ثبت نشانه‌ها و تجریبات محیطی به‌عنوان خاطرات خوب یا بد برای بقا حیاتی است. اگر خوردن یک توت ما را به‌شدت بیمار ‌کند، بعد از آن به‌طور غریزی از آن توت و هر چیزی که شبیه آن به‌نظر می‌رسد، اجتناب می‌کنیم. اگر خوردن توتی خوشمزه موجب خشنودی و رضایت شود، ممکن است به‌دنبال مقدار بیشتری از آن باشیم. هائو لی گفت: «برای اینکه بتوانید این سؤال را بپرسید که آیا به محرک یا جسمی نزدیک شوید، باید بدانید که آیا آن چیز خوب یا بد است.»

کی تای و هائو لی دانشمندان علوم اعصاب از مؤسسه مطالعات زیست‌شناسی سالک پپتید کوچکی به نام نئوروتنسین را شناسایی کرده‌اند که به‌عنوان سیگنالی عمل می‌کند که تعیین می‌کند خاطرات به‌عنوان خاطرات مثبت یا منفی ثبت شوند.

حافظه‌ای که موضوعات مختلف (مانند توت و بیماری یا لذت) را به هم مرتبط می‌کند، حافظه تداعی‌گرا نامیده می‌شود و این نوع خاطرات اغلب دارای بار عاطفی هستند. آن‌ها در ناحیه کوچک بادام‌شکلی از مغز که آمیگدال نامیده می‌شود، شکل می‌گیرند. اگرچه، آمیگدال به‌عنوان مرکز ترس مغز معروف است، به لذت و سایر عواطف نیز پاسخ می‌دهد.

بخشی از آمیگدال یعنی کمپلکس قاعده‌ای جانبی محرک‌های موجود در محیط را با پیامدهای مثبت یا منفی مرتبط می‌کند. اما تا همین چند سال پیش مشخص نبود چگونه این کار را انجام می‌دهد تا اینکه گروهی از پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست به سرپرستی کی تای اتفاق قابل‌توجهی را در آمیگدال قاعده‌ای جانبی موش‌ها کشف کردند و یافته‌های خود را در سال ۲۰۱۵ در مجله Nature و در سال ۲۰۱۶ در مجله Neuron گزارش کردند.

تای و تیمش آمیگدال قاعده‌ای جانبی موش‌هایی را بررسی کردند که یاد می‌گرفتند صدای خاصی را با آب قند یا شوک الکتریکی خفیفی مرتبط کنند و دریافتند که در هر دو مورد، اتصالات عصبی به گروه متفاوتی از نورون‌ها تقویت می‌شد. وقتی پژوهشگران بعدا این صدا را برای موش‌ها پخش کردند، نورون‌هایی که با پاداش یا تنبیه آموخته‌شده تقویت شده بودند، فعال‌ شدند و مشارکت خود را در حافظه مرتبط نشان دادند. اما تیم تای نمی‌توانست مشخص کند چه چیزی اطلاعات را به سمت گروه مناسب نورون‌ها هدایت می‌کند. چه چیزی به‌عنوان عملگر کلید عمل می‌کرد؟

دوپامین، انتقال‌دهنده عصبی که در پاداش و تنبیه مهم است، پاسخِ واضح بود. اما مطالعه‌ای که سال ۲۰۱۹ منتشر شد، نشان داد اگرچه این مولکولِ «احساس خوب» می‌تواند عواطف را درون خاطرات رمزگذاری کند، نمی‌تواند ارزش مثبت یا منفی به آن احساس تخصیص دهد.

بنابراین، تیم شروع به بررسی ژن‌های بیان شده در دو ناحیه‌ای کرد که خاطرات مثبت و منفی در آن درحال شکل‌گیری بودند و نتایج توجه آن‌ها را به نوروپپتیدها جلب کرد. نوروپپتیدها پروتئین‌های کوچک چندعملکردی هستند که می‌توانند به‌آرامی و پیوسته اتصالات سیناپسی بین نورون‌ها را تقویت کنند. آن‌ها دریافتند که مجموعه‌ای از نورون‌های آمیگدال نسبت‌ به نورون‌های دیگر گیرنده‌های بیشتری برای نوروتنسین دارند.

این یافته‌ها دلگرم‌کننده بود، زیرا مطالعات گذشته نشان داده بود که نوروتنسین مولکول کوچکی که فقط از ۱۳ اسیدآمینه تشکیل شده است، در پردازش پاداش و تنبیه و پاسخ ترس نقش دارد. تیم تای تصمیم گرفت این موضوع را بررسی کند که اگر آن‌ها مقدار نوروتنسین را در مغز موش‌ها تغییر دهند، چه اتفاقی می‌افتد؟

آنچه انجام شد، سال‌ها جراحی و دستکاری ژنتیکی نورون‌های موش‌ها و ثبت رفتارهای حاصل از این دستکاری‌ها بود. پرانیت نامبوری، از نویسندگان هر دو مقاله گفت: «وقتی دوره دکتری خودم را به پایان رساندم، حداقل هزار جراحی انجام داده بودم.»

در طول آن زمان، تای آزمایشگاه خود در مؤسسه فناوری ماساچوست را به مؤسسه سالک منتقل کرد. نامبوری در مؤسسه فناوری ماساچوست بود و هائو لی به‌عنوان پژوهشگر فوق‌دکترا به آزمایشگاه تای پیوست. پروژه به دلیل دنیاگیری متوقف شد، اما هائو لی با درخواست وضعیت کارکنان ضروری و اساساً انتقال به آزمایشگاه و گاهی حتی خوابیدن در آنجا کار خود را ادامه داد.

نورون‌ها از چندین ناحیه تالاموس مغز اکسون‌های را به درون آمیگدال گسترش می‌دهند، اما پژوهشگران دریافتند که فقط ناحیه هسته پاراونتریکولار (سبز) کیفیت عاطفی را دیکته می‌کند.

پژوهشگران می‌دانستند که نورون‌های آمیگدال نوروتنسین نمی‌سازند. بنابراین، ابتدا باید می‌دانستند که پپتید از کجا می‌آید. وقتی آن‌ها مغز را اسکن کردند، نورون‌هایی را در تالاموس پیدا کردند که مقدار زیادی نوروتنسین تولید می‌کردند و آکسون‌های بلند آن‌ها به آمیگدال می‌رسید. تیم تای سپس به موش‌ها آموزش داد تا صدای خاصی را با خوراکی خوشمزه یا شوک مرتبط کنند. سطح نوروتنسین در آمیگدال پس از یادگیری پاداش افزایش پیدا می‌کرد و پس از یادگیری تنبیه کاهش پیدا می‌کرد.

دانشمندان با تغییر ژنتیکی نورون‌های تالاموسی موش‌ها، توانستند نحوه و زمان انتشار نوروتنسین را کنترل کنند. فعال کردن نورون‌هایی که نوروتنسین را در آمیگدال آزاد می‌کنند، باعث تقویت یادگیری شد، درحالی‌که غیرفعال کردن نورون‌های نوروتنسین یادگیری مرتبط با تنبیه را تقویت کردند.

آن‌ها همچنین دریافتند که تخصیص کیفیت عاطفی به سرنخ‌های محیطی موجب پاسخ‌های رفتاری فعال به آن‌ها می‌شود. وقتی پژوهشگران با از بین بردن نورون‌های تالاموسی مانع از این شدند که آمیگدال اطلاعات مرتبط با کیفیت منفی یا مثبت را دریافت کند، موش‌ها در جمع‌آوری پاداش‌ها کندتر شدند. در موقعیت‌های تهدیدآمیز، موش‌ها به‌جای فرار، بی‌حرکت می‌ماندند.

پرانیت نامبوری پژوهشگر علوم اعصاب در مؤسسه فناوری ماساچوست، بسیاری از جراحی‌های اولیه را انجام داد که به تعیین مکان و نحوه ایجاد کیفیت عاطفی خاطرات کمک کرد.

بنابراین، طبق این نتایج، اگر سیستم تخصیص کیفیت عاطفی مختل شود، مثلاً درحالی‌که کرگدنی درحال حمله کردن به شما باشد، چه اتفاقی می‌افتد؟ تای گفت: «زیاد به این اتفاق اهمیتی نمی‌دادید.» خونسردی شما در آن لحظه در حافظه ثبت می‌شود و اگر بعداً در موقعیت مشابهی قرار داشتید، حافظه به شما این انگیزه را نمی‌دهد که فورا برای فرار تلاش کنید. جفری تسکر، استاد انستیتو مغز در دانشگاه تولین گفت اگرچه، احتمال اینکه یک مدار مغزی کامل متوقف شود، پایین است. در عوض، این احتمال بالا است که جهش‌ها یا مشکلات دیگر به‌جای معکوس کردن کیفیت، فقط عملکرد مناسب را مختل کنند. او گفت: «به‌سختی می‌توانم شرایطی را تصور کنم که در آن کسی ببر درحال حمله‌ را به‌عنوان اتفاق دوستانه‌ای ببیند.»

هائو لی با این موضوع موافق بود و خاطرنشان کرد که مغز احتمالاً مکانیسم‌های پشتیبانی دارد که حتی در صورتی که سیستم کیفیت عاطفی اولیه شکست بخورد، پاداش‌ها و تنبیه‌ها را تقویت کند. او افزود، این سؤال جالبی برای پژوهش‌های آینده خواهد بود.

تسکر خاطرنشان کرد، یکی از راه‌های مطالعه نقص در سیستم ارزش عاطفی ممکن است بررسی افراد نادری باشد که احساس ترس را حتی در موقعیت‌های ترسناک گزارش نمی‌کنند. شرایط و آسیب‌های غیرشایعی می‌توانند این اثر را داشته باشند، مانند سندرم اورباخ-ویته که می‌تواند باعث ایجاد رسوبات کلسیم در آمیگدال شود و واکنش ترس را سرکوب کند.

ون لی گفت این یافته‌ها ازنظر درک و تفکر ما درمورد مدار ترس و نقش آمیگدال بسیار چشمگیر هستند. او افزود، ما درحال کسب دانش بیشتر درمورد مواد شیمیایی مانند نوروتنسین هستیم که کمتر از دوپامین شناخته شده‌اند، اما نقش مهمی در مغز دارند. هائو لی گفت این کار به این احتمال اشاره دارد که مغز به‌طور پیش‌فرض بدبین است. مغز باید نوروتنسین را تولید کرده و آزاد کند تا درمورد پاداش‌ها یاد بگیرد. یاد گرفتن تنبیه‌ها به کار کمتری نیاز دارد.

رایان درمورد تعمیم چنین تفسیرهایی به انسان محتاط است. او گفت: «ما با موش‌های آزمایشگاهی سروکار داریم که در محیط‌های بسیار ضعیفی پرورش پیدا کرده‌اند و ترکیب ژنتیکی بسیار خاصی دارند.»

با‌این‌حال، او گفت جالب است که در آزمایش‌های آینده مشخص شود که آیا ترس حالت پیش‌فرض واقعی مغز انسان است و اینکه آیا این وضعیت برای گونه‌های مختلف یا حتی در افراد با تجربیات و سطوح استرس متفاوت فرق دارد.

ون لی گفت، یافته‌ها همچنین مثال خوبی از انسجام مغز است: آمیگدال به تالاموس نیاز دارد و تالاموس احتمالاً به سیگنال‌های نواحی دیگر نیاز دارد. او گفت جالب است که بدانیم کدام نورون‌ها در مغز سیگنال‌ها را به تالاموس می‌برند.

مطالعه‌ای که اخیراً در مجله‌ی Nature Communications منتشر شد، نشان داد که یک خاطره ترس می‌تواند در بیش از یک منطقه از مغز رمزگذاری شود. اینکه کدام مدارها درگیر هستند، احتمالاً به نوع خاطره بستگی دارد. برای مثال، نوروتنسین احتمالاً برای خاطراتی که بار عاطفی چندانی ندارند، مانند خاطرات اخباری که هنگام یادگیری واژگان شکل می‌گیرند، اهمیت کمتری دارد.

برای تسکر، ارتباط آشکاری که مطالعه تای میان یک مولکول، یک عملکرد و یک رفتار پیدا کرد، بسیار چشمگیر بود. او گفت: «به‌ندرت می‌توان رابطه یک به یکی را میان یک سیگنال و یک رفتار یا یک مدار و یک عملکرد پیدا کرد.»

پیچیدگی نقش‌های نوروتنسین و نورون‌های تالاموسی در تعیین ارزش عاطفی خاطرات ممکن است آن‌ها را به اهداف ایده‌آلی برای داروهایی تبدیل کند که هدف آن‌ها درمان اختلالات عصبی روانی است. هائو لی گفت ازنظر تئوری، اگر بتوانید رویه‌ی تعیین کیفیت عاطفی را اصلاح کنید، ممکن است بتوانید بیماری را درمان کنید. مشخص نیست که آیا داروهایی که نوروتنسین را هدف قرار می‌دهند، می‌توانند کیفیت عاطفی خاطره‌ای را که از قبل تشکیل شده است، تغییر دهند.

ازنظر فارماکولوژیک، این کار آسانی نخواهد بود. تسکر گفت: «کار کردن با پپتیدها بسیار دشوار است، زیرا آن‌ها از سد خونی‌مغزی که مغز را دربرابر مواد خارجی و نوسانات شیمیایی خون عایق می‌کند، عبور نمی‌کنند. اما غیرممکن نیست و ساخت داروهای هدفمند یکی از اهداف این حوزه است.»

درک ما از این موضوع که مغز چگونه کیفیت عاطفی خاطرات را تعیین می‌کند، هنوز ناقص است. برای مثال، مشخص نیست که نوروتنسین در نورون‌های آمیگدال به کدام گیرنده‌ها متصل می‌شود.

هائو لی که اخیراً به‌عنوان استادیار دانشگاه نورث وسترن منصوب شده است و قصد دارد برخی از این سؤال‌ها را در آزمایشگاه جدید خود بررسی کند، گفت نادانسته‌های زیادی درمورد این مسئله وجود دارد که چگونه اختلال در فرایند تعیین کیفیت ارزش عاطفی خاطرات ممکن است موجب اضطراب، اعتیاد یا افسردگی شود. او در ادامه اظهار کرد: «فراتر از نوروتنسین، نوروپپتیدهای زیادی در مغز وجود دارند که اهداف بالقوه‌ای برای مداخلات هستند. فقط نمی‌دانیم آن‌ها چه می‌کنند.» او همچنین کنجکاو است که بداند که مغز چگونه به موقعیت مبهم‌تری واکنش می‌دهد که در آن مشخص نیست که تجربه خوب یا بد است.

این پرسش‌ها مدت‌ها مغز هائو لی را مشغول کرده بود. اکنون که او می‌داند کدام شبکه‌ها از سلول‌های مغز او عواطف او را هدایت می‌کنند، با دوستانش درمورد این موضوع شوخی می‌کند که مغز او در پاسخ به اخبار خوب یا بد نوروتنسین ترشح می‌کند یا آن را مهار می‌کند.