Enigma radne memorije: Promjena pogleda, 1. dio

Abstract

Radno pamćenje je od velikog interesa zbog svoje važnosti u kognitivnim funkcijama, njenog odnosa prema svijesti i oštećenja kod bolesti, ali ćelijski mehanizmi ostaju nedostižni i kontroverzni.

Ćelijski mehanizmi su neodvojivi od pamćenja. Istraživanja pokazuju da su formiranje i očuvanje pamćenja vezani za aktivnost neurona. Ćelijski mehanizmi su osnovne jedinice koje čine neurone, pa njihova funkcija, struktura i regulacija imaju važan utjecaj na formiranje i očuvanje pamćenja. U nastavku ćemo uvesti proces formiranja, očuvanja i zaboravljanja memorije iz perspektive ćelijskih mehanizama.

Formiranje pamćenja uglavnom se oslanja na promjene u sinapsama. Sinapse su ključni dijelovi komunikacije između neurona. Njihove veze ne određuju samo formiranje i funkciju neuronskih mreža, već su i glavno mjesto gdje se formira pamćenje. Istraživanja su otkrila da se snaga i broj sinaptičkih veza mogu poboljšati kroz obuku i učenje, što se naziva sinaptička plastičnost. Sinaptička plastičnost uglavnom uključuje dugotrajnu potenciranje (LTP) i dugotrajnu depresiju (LTD). LTP može produžiti ekscitabilnost neurona, poboljšati neuronsku aktivnost i promovirati formiranje pamćenja. LTD, naprotiv, može oslabiti neuronsku aktivnost, što dovodi do zaborava i izumiranja. Sinaptička plastičnost je stoga ključna za formiranje i očuvanje memorije.

Ćelijski mehanizmi također igraju važnu ulogu u formiranju i očuvanju pamćenja putem neurotransmitera. Neurotransmiteri su hemijski signali koji komuniciraju između neurona i regulišu neuronsku aktivnost i sinaptičku plastičnost. Prethodna istraživanja su pokazala da je dopamin važan neurotransmiter u formiranju i očuvanju pamćenja. Dopamin može potaknuti stvaranje LTP-a i spriječiti nastanak LTD, čime jača veze između neurona i promiče formiranje i očuvanje pamćenja.

Osim toga, ćelijski mehanizmi također utiču na formiranje i očuvanje pamćenja kroz epigenetsku regulaciju. Epigenetika se odnosi na genetske fenomene koji utiču na ekspresiju gena, uključujući metilaciju DNK, modifikacije histona, itd. Ove modifikacije mogu promijeniti nivoe transkripcije gena, aktivnost promotora, itd., čime utiču na aktivnost neurona i međusobne veze. Istraživanja su otkrila da su formiranje i očuvanje pamćenja povezani s regulatornim mehanizmima kao što su modifikacija histona i metilacija DNK.

Ukratko, ćelijski mehanizmi igraju ključnu ulogu u formiranju i očuvanju pamćenja, ne samo kroz sinaptičku plastičnost, modulaciju neurotransmitera i epigenetsku regulaciju, već i kroz mnoge druge mehanizme. Stoga treba pažljivo proučiti ove mehanizme i razumjeti njihove funkcije i načine djelovanja, kako bismo bolje iskoristili te mehanizme i promovirali poboljšanje našeg pamćenja. Vidi se da moramo poboljšati svoje pamćenje. Cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje, jer Cistanche deserticola može regulisati i ravnotežu neurotransmitera, kao što je povećanje nivoa acetilholina i faktora rasta. Ove supstance su veoma važne za pamćenje i učenje. Osim toga, meso također može poboljšati protok krvi i promovirati isporuku kisika, što može osigurati da mozak dobije dovoljno hranjivih tvari i energije, čime se poboljšava vitalnost i izdržljivost mozga.

improve cognitive function

Kliknite znati suplemente za poboljšanje pamćenja

Nedavni članak Barbosa i njegovih kolega poništava zaključke utjecajne studije Wolffa i kolega, koja je zaključila da se radna memorija može održavati u skrivenom stanju prolaznom plastičnošću sinaptičkih veza koje formiraju dinamičke skupine neurona koji privremeno kodiraju informacije. Ponovna analiza podataka otkriva da u EEG snimcima postoji postojani električno aktivan potpis koji se održava za vrijeme trajanja radne memorije.

Ova reanaliza dodaje veliki broj dokaza koji ukazuju na to da je radna memorija kodirana kontinuiranim aktiviranjem akcionog potencijala.

Međutim, nekoliko studija pokazuje da se nesvjesna (bez nadzora) radna sjećanja mogu prisjetiti čak iu odsustvu mjerljive neuronske aktivnosti, što sugerira da bi mogli biti uključeni električni tihi mehanizmi. Testiranje te hipoteze je problematično, s obzirom na to da ne postavlja neuronsko aktiviranje koje bi se moglo lako izmjeriti.

Ključne riječi

Radna memorija, pažnja, skrivena stanja, subliminalna percepcija, sinaptička plastičnost, EEG, fMRI i kratkoročno pamćenje.

Za razliku od drugih oblika pamćenja koji zadržavaju prošla iskustva za buduće prisjećanje, radna memorija održava informacije u realnom vremenu dok se izvršava zadatak. Ćelijski mehanizmi radne memorije također se mogu razlikovati od drugih oblika pamćenja, a to je stvar istraživanja koja su u toku.

Radna memorija ima vrlo ograničen kapacitet i kratko trajanje (za pregled, vidi Linden 2007), ali ova sposobnost je neophodna za različite kognitivne funkcije i ponašanja. To je glavna komponenta inteligencije, a radna memorija je često smanjena oštećenjima uzrokovanim starenjem, bolestima ili intoksikacijom.

Postoje dvije vodeće teorije za mehanizam radne memorije; svaki od njih je podržan elektrofiziološkim i funkcionalnim podacima snimanja mozga. Nedavna studija (Barbosa i drugi 2021.) poništava zaključke temeljne studije (Wolff i drugi 2017.) koja je podržala teoriju da radna memorija ovisi o sinaptičkoj plastičnosti ovisnoj o aktivnostima.

Ovo nije postignuto izvođenjem novih eksperimenata, već ponovnom analizom podataka iz ranijeg rada. Koristeći nove analitičke pristupe za ponovnu analizu originalnih podataka, autori pronalaze dokaze koji podržavaju alternativnu hipotezu.

ways to improve your memory

Dvije teorije za radnu memoriju

Dvije teorije za mehanizam radne memorije su "neuronske mreže tihe aktivnosti" i "održiva aktivnost". Prvi predlaže da sinaptička plastičnost zavisna od aktivnosti spaja neurone funkcionalno u tranzientneuralne ansamble koji kodiraju iskustvo (GoldmanRakic 1995). Prema ovoj teoriji, plastičnost ovisna o vremenu skoka pokreće prolazne biohemijske promjene na pojedinačnim sinapsama koje povećavaju ili smanjuju signalizaciju neurotransmitera kako bi se formirale dinamičke neuronske mreže koje zadržavaju iskustvo.

Intracelularna dinamika kalcija koja utiče na sinaptičku transmisiju mogla bi biti dovoljna za formiranje prolaznih neuronskih sklopova koji se dinamički modificiraju novim informacijama (Mongillo i drugi 2008). Brzo ove brze promjene sinaptičke snage zavisne od aktivnosti nestaju; funkcionalna sprega neuronskih mreža se raspada, a radna memorija je izgubljena.

Privremeno skladištenje informacija u radnoj memoriji kratkim promjenama u sinaptičkoj snazi omogućilo bi brzo kodiranje informacija koje se mogu dinamički ažurirati kako bi se održale nove informacije u memoriji u realnom vremenu. Važno je da su sinaptički spregnute neuronske mreže električno nečujne. Odnosno, informacije kodirane u neuronskim mrežama se reaktiviraju tokom prizivanja, uglavnom na način na koji se pohranjuju i prisjećaju kratkoročna i dugoročna sjećanja, a ne održavanim aktiviranjem akcionog potencijala u tim krugovima.

Alternativna hipoteza je da se radna memorija održava stalnim aktiviranjem akcionog potencijala. Kontinuirano aktiviranje akcionih potencijala bio bi nevjerovatan i energetski neefikasan način za pohranjivanje informacija na duže periode, ali budući da radna memorija radi u stvarnom vremenu i traje samo nekoliko sekundi, sinaptičkoplastični mehanizmi pohranjivanja i opoziva informacija odgovorni su za kratkoročne i dugoročne memorija možda neće biti potrebna.

Umjesto toga, uporno aktiviranje potencijala djelovanja u neuronskim mrežama koje su odgovorne za percepciju i obradu informacija moglo bi održavati informacije za neposrednu svrhu izvršavanja specifičnog kognitivnog zadatka. Zaista, ako postoji svjesnost o događaju dok se ponašanje provodi, moglo bi se očekivati uporno aktiviranje akcionog potencijala u kortikalnim krugovima.

Postoje dugogodišnji dokazi o trajnom aktiviranju akcionih potencijala tokom perioda kašnjenja prije opoziva u radnoj memoriji. Prefrontalni korteks je središte radne memorije jer se tu kombinuju različiti aspekti čulnog iskustva kako bi se formirala koherentna shema. Pionirske studije na neljudskim primatima utvrdile su važnost prefrontalnog korteksa u radnom pamćenju (Butters i Pandya 1969), a elektrofiziološka snimka 1970-ih otkrila su neuronsko aktiviranje u prefrontalnom korteksu majmuna koje je održavano tokom zadatka radne memorije (Fuster i Alexander19).

Slično tome, povećana aktivnost koja se održava tokom perioda kašnjenja u zadacima radne memorije također je prikazana funkcionalnom magnetnom rezonancom (fMRI;Courtney i drugi 1997) i elektroencefalografijom (EEG; Foster i drugi 2016) na ljudima. Senzorni korteks i drugi dijelovi mozga mogu pokazati slično ponašanje.

improve brain

Jedna od poteškoća je, međutim, da bi takva uporna aktivnost mogla biti pomoćna osnovnom mehanizmu radne memorije; na primjer, može odražavati neuralnu aktivnost povezanu s pažnjom (Lewis-Peacock i drugi, 2012). Zaista, druge studije su pokazale da neuronska aktivnost može rasti i slabiti tokom perioda odgode prije opoziva. Često neuralna aktivnost padne na početnu liniju i ponovo izgrađuje snagu pred kraj perioda odlaganja neočekujući da je potrebno prisjećanje da se izvrši zadatak koji se ponavlja (Barak i drugi 2010).

Zajedno, ove studije sugeriraju da, iako uporno aktiviranje akcionog potencijala može pratiti radnu memoriju, drugi električno tihi mehanizmi mogu zadržati radnu memoriju u nekim slučajevima. Jedno štedljivo objašnjenje je da posjećena radna sjećanja (ona koja se zadržavaju u svjesnoj svijesti) i nenadzirana (nesvjesna) radna sjećanja mogu funkcionisati kroz različite ćelijske mehanizme.

Prisutna u odnosu na radnu memoriju bez nadzora

Radno pamćenje se može održavati bez svijesti, a zatim se prizvati nakon odgovarajućeg znaka, kao kada neko zaboravi tok svojih misli u razgovoru, ali ga se onda odmah prisjeti kada se podsjeti na ono što je rečeno samo nekoliko sekundi ranije.

U prilog tome, jedan TMS (transkranijalna magnetna stimulacija) puls može vratiti izgubljenu vizualnu radnu memoriju u studijama na ljudima i povećati nivoe neuralne aktivnosti otkrivene pomoću MRI i EEG-a koji su indikativni za prisjećanje na pamćenje (Rose i drugi 2016). Ovo podržava hipotezu da se uspomene bez nadzora pohranjuju mehanizmima koji nisu aktivni akcioni potencijal.

U ovim eksperimentima, učesnicima se istovremeno prikazuju dva objekta na ekranu računara. Nakon kratkog odlaganja, rečeno im je koga od njih dvojice da se sete. Na taj način, ta naglašena slika postaje fokus pažnje i održava se u stanju posjećene radne memorije.

improve memory