Како памтимо - открива истраживање на мишевима

Како спречити нова сећања да потисну стара?

Научници који су посматрали успомене кроз очи уснулих мишева мисле да су на трагу одговора.

Њихова истраживања у будућности би могла да помогну у унапређењу вештачке интелигенције, превенцији Алцхајмерове, па и лечењу посттрауматског стресног поремећаја.

Кад заборавимо нешто, да ли је то зато што нова успомена „прегази" постојеће или добро утврђено сећање?

Анимирани комични лик Хомер Симпсон из америчке ТВ серије Симпсонови свакако је веровао у то.

„Сваки пут кад научим нешто ново, то истисне нешто старо из мог мозга", каже он супрузи Марџ у једној посебно упечатљивој епизоди.

„Сећаш ли се кад сам ишао на курс прављења вина у домаћој радиности па заборавио да возим?"

Хомерова запажања нису далеко од стварности.

Постоји феномен који се зове „катастрофално заборављање", у ком процес консолидације нових информација заиста утиче на постојеће сећање или га „брише".

Нешто слично може да се примети у дигиталним неуралним мрежама које покрећу вештачку интелигенцију (АИ), које јесу засноване на људском мозгу али се често муче да инкорпорирају нове сетове података у постојеће учење.

Наш мозак је обично бољи у томе, али ми не разумемо истински зашто.

Истраживачи са Универзитета Корнел у САД верују да су направили помак у разумевању како наш мозак генерише сећања и тврде да ће њихови налази на крају бити искоришћени не само за унапређење вештачке интелигенције, већ и за борбу против дегенеративних стања као што је Алцхајмерова болест.

Све се свело на оно што су могли да виде кроз очи уснулих мишева.

Прозор у мозак

Истраживачка студија, објављена почетком овог месеца у часопису Нејчер (Nature), показује да мишеви избегавају то мешање обрадом нових и утврђивањем старих сећања у различитим стадијумима циклуса сна.

„То је први пут да знамо нешто толико конкретно као што је који тип сећања мозак консолидује пуким посматрањем ока", рекла је за ББЦ водећа ауторка студије докторка Азахара Олива.

Мишеви су идеални субјекти за ову врсту експеримента зато што су им током одређеног времена док спавају очи делимично отворене и то даје научницима прозор у њихов мозак.

Кад мишеви спавају, њихове зенице се изнова сужавају на око минут, а потом враћају у оригинално, шире стање.

Научници су открили да мишји мозак обавља различите задатке у свакој фази сна.

Кад су зенице раширене, мозак чува стара сећања, каже докторка Олива, а инкорпорира нова сећања кад су зенице сужене.

Тим верује да је овај двофазни систем „могуће решење за проблем како мозак може да инкорпорира нова знања, али и да задржи старо знање нетакнуто".

Трансгенетски модификовани мишеви

Ови увиди могући су зато што смеђи мишеви коришћени у овим експериментима (који се сматрају паметнијим од белих) имају генетски измење неуроне (мождане ћелије) који реагују на светло.

„Сами мишеви су трансгенетски модификовани, тако да испољавају вештачки протеин у можданим ћелијама", каже водећи коаутор доктор Антонио Фернандез Руиз.

„Кад убацимо оптичко влакно у њихов мозак, уз веома малу количину светла можемо да натерамо те неуроне да се упале – можемо да активирамо конкретне ћелије у мозгу кад то желимо", каже коауторка Хонгју Ченг.

Ово омогућује истраживачима да или покрену или потисну процес консолидовања сећања уз помоћ специјалне опреме коју је дизајнирао тим.

Мишеви носе специјалне кациге са камером и огледалом, да би научници могли да прате зеницу и да знају у ком стању сна су мишеви.

Потом мозак може бити стимулисан само у жељеном периоду – кад је зеница или раширена или сужена.

Мале електроде имплантиране у мозак омогућују научницима да истовремено прате обраду у мишјем мозгу и да прекину његову способност да ствара нова сећања.

Проучавање стотине конкретних неуронских ћелија говори научницима којим редоследом се оне пале и, ако то одговара редоследу из претходног искуства, то онда асугерише да уснули миш можда поново пролази кроз неки ранији догађај и формира или консолидује сећања.

„Кад ходам кроз просторију, неки неурони ће се палити одређеним редоследом, а онда, по ноћи, исте ћелије ће бити поново реактивиране истим редоследом да би се консолидовале и учиниле да се та сећања стабилизују", објашњава Ченг.

Али паљење малог броја светала преко оптичког кабла у генетски модификованом неурону код уснулог миша омета тај процес.

Брисање мишјег сећања

„Ставили смо животињу на таблу са лавиринтом – на плочу округлог облика са много рупа", каже коатуор извештаја доктор Венбо Танг.

„А једна од рупа садржала је скривену награду, која је била шећер."

Мишеви потом уче пут до слатке посластице а научници мапирају образац којим се пале неурони.

Поставивши други, другачији пут, они могу да разликују старе, утврђене успомене и оне која су биле формиране тога дана.

Тим је потом пробао да види да ли може да избрише селективна сећања.

Тим је открио да кад потискује неуроне за формирање сећања у фази сна уже зенице код миша који је управо научио како да нађе посластицу, он није успевао да пронађе посластицу поново кад би се пробудио.

Међутим, кад су то урадили током фазе раширене зенице сна, мишеви би ишли право до посластице.

Могли су да запамте пут, што је указало на то да процес формирања сећања током сна није био нарушен.

Научници су успели да прате мождану активност и тако су знали да се већина понављања скорашњих искустава у мозгу одвија кад су зенице сужене.

На основу ранијих експеримената, они верују да други стадијум сна са ширим зеницама служи другачијој сврси – утврђивању постојећих сећања.

То је навело тим да закључи како, макар код мишева. мозак раздваја два задатка обраде нових сећања и консолидовања постојећих, што је највероватније зато да би спречили да она утичу једна на друге.

Помоћ код Алцхајмерове болести, трауме и вештачке интелигенције

Знамо колико је важан сан за процес формирања сећања, а ова студија сугерише да је оно што се дешава у мозгу током различитих фаза сна важно и за спречавање проблема са стварањем и утврђивањем сећања.

Тим верује да ће – као и у многим другим случајевима до сада – његови налази код мишева бити релевантни и за људе: мишеви су такође сисари и деле многе генетске сличности и биолошке процесе са људима, баш као и изазове из окружења и потребе.

Ако можемо да помогнемо људском мозгу код мешања постојећих и нових сећања, могли бисмо да пронађемо начине да лечимо различита стања.

„Ми мислимо да се то дешава код природног старења а можда и код неуродегенеративних болести као што је Алцхајмерова болест", каже доктор Фернандез Руиз.

„Можда имате неко сећање које конкретно желите да избришете, као људи који пате од ПТСП-а или штетних типова успомена", додаје докторка Олива.

Она сугерише да би у будућности могли да будемо способни да утичемо на сан током консолидације те конкретне трауматске успомене или искуства.

Истраживање би такође могло да помогне вештачкој интелигенцији да научи многе сличне задатке на онај начин на који то ради људски мозак.

„Кад затражите од система вештачке интелигенције да уради једну ствар, он то може да уради веома добро – чак и боље од људи. Али кад затражите од система вештачке интелигенције да уради много ствари, то му већ представља проблем", каже доктор Танг.

„Ако обучим нову вештачку неуралну мрежу да препознаје слику – слику мачке, на пример -она ће у томе бити фантастична", каже Хонгју Ченг.

„Али шта ако желим да научи нешто ново, на пример слику пса? Морате поново да је обучите, зато што ће нови сет података прегазити стари. Сећаће се пса, али ће заборавити мачку. Једна од примена овог поља је да би могао да постоји начин да вештачка интелигенција научи нове ствари брже."

Целокупно гледано, каже доктор Танг, „суштина ове студије је у томе како сан може да нам помогне да боље похрањујемо сећања", а то би опет могло да помогне у унапређењу људског здравља.

Али то можда неће помоћи Хомеру Симпсону, чија је неспособност да вози након курса прављења вина имала мало везе са фазама сна.

„То је зато што си био пијан", услужно му је скренула пажњу Марџ.

ББЦ на српском је од сада и на Јутјубу, пратите нас ОВДЕ.

Пратите нас на Фејсбуку, Твитеру, Instagramу и Вајберу. Ако имате предлог теме за нас, јавите се на [email protected]