پژوهشگران سیگنال‌های مغزی پنهان در پس حافظه کاری را شناسایی کردند

فعالیت زودگذر سلول‌های مغزی زمانی رخ می‌دهد که ما برای مثال در یک محله جدید می‌گردیم و راه خود به آنجا را بعدا به یاد می‌آوریم.

این مطالعه جدید که توسط پژوهشگران دانشکده پزشکی NYU رهبری شده است، دریافت که سیگنال‌های ایجاد شده توسط سلول‌های مغزی (نورون‌ها) به نام نوسانات امواج تیز (SWR) ده‌ها میلی ثانیه طولانی‌ترند و هنگامی که جانوری در حال یادگیری درباره مکان جدیدی است اطلاعات بیشتری جمع‌آوری می‌کند تا زمانی که جانور در یک بافت آشنا باشد.

هنگامی که تیم پژوهش به طور مصنوعی طول سیگنال‌های درگیر در یادآوری بهترین مسیر مارپیچ را دو برابر کردند، مشخص شد موش‌های دارای امواج گسترده‌تر، 10 تا 15 درصد در پیدا کردن یک پاداش شیرین بهتر از موش‌های دستکاری نشده عمل کردند.

دکتر "گیورگی بوزساکی" استاد دپارتمان علوم اعصاب و فیزیولوژی دانشکده پزشکی NYU می‌گوید: «مطالعه ما نخستین مطالعه در این حوزه است که تغییرات مصنوعی در الگوهای طبیعی شلیک نورونی در ناحیه مغزی به نام هیپوکامپ اعمال کرده که توانایی یادگیری را افزایش داده است، به جای اینکه مانند تلاش‌های قبلی در آن تداخل ایجاد کند. بعد از دهه‌ها مطالعه، ما بالاخره مغز پستانداران را به اندازه کافی خوب می‌شناسیم که برخی از سازوکارهایش را به شیوه‌هایی تغییر دهیم که ممکن است راهنمای طراحی درمان‌های آینده برای بیماری‌های اثرگذار بر حافظه باشد.»

نتایج مطالعه حول سلول‌های عصبی هستند، که "شلیک" می‌کنند یا به عبارتی نوسانات سریعی در توازن بارهای مثبت و منفی خود ایجاد می‌کنند تا سیگنال‌های الکتریکی سازمان دهنده خاطرات را منتقل کنند. تیم بوزساکی در سال‌های اخیر کشف کرده‌ بود که مجموعه‌هایی از نورون‌ها به فاصله چند هزارم ثانیه از هم در چرخه‌های ریتمی شلیک می‌کنند که زنجیره‌هایی به شدت مرتبط از سیگنال‌ها را ایجاد کرده که می‌توانند اطلاعات پیچیده را رمزگردانی کنند.

این الگوی مشاهده شده -- که سلول‌های هیپوکامپ در قسمت‌های مختلف مدار با هم مختصرا شلیک می‌کنند -- امواج و نوسانات تیز (SWR) را ایجاد می‌کند. این الگوها از روی شکل‌شان نامگذاری شده‌اند، وقتی که با الکتروانسفالوگرافی یا EEG (یک فناوری که فعالیت مغزی را با الکترود ثبت می‌کند) رسم می‌شوند.

بوزساکی می‌گوید که این امواج "بازسازی" و ترکیب قطعات اطلاعات آموخته شده را بازنمایی می‌کنند؛ بخشی از فرایندی که آن‌ها را به حافظه جانور مرتبط می‌کند.

درون امواج

در مطالعه کنونی، تیم پژوهش آزمایش‌هایی را به گونه‌ای طراحی کرد که مسیر درست برای رسیدن به آب شیرین هربار که یک موش در آن قرار می‌گرفت بین شاخه‌های چپ و راست مسیر تغییر می‌کرد. موش‌ها برای رسیدن به پاداش‌شان باید از حافظه کاری استفاده می‌کردند، راهی که در آزمایش قبلی رفته بودند را به یاد می آوردند و دفعه بعدی راه مخالف را انتخاب می‌کردند.

مطالعات سال‌های اخیر در آزمایشگاه‌های بسیار تایید کرده‌اند که "سلول‌های مکانی" هیپوکامپ هر اتاق، یا هر شاخه از مسیر را هنگام ورود به آن رمزگردانی می‌کنند، و بعدا دوباره هنگامی که موش‌ها یا انسان‌ها رفتن به آنجا را به یاد می‌آورند یا برای رفتن به آنجا برنامه‌ریزی می‌کنند، شلیک می‌کنند. نویسندگان مطالعه شلیک سلول‌های مکانی را هنگامی که یک موش تکلیف حافظه را در مسیر انجام می‌داد ثبت کردند و مسیر انتخاب شده را طبق زنجیره شلیک سلولی که در هر موج SWR منعکس شده بود پیش‌بینی کردند.

پژوهشگران برای آنکه به طور مصنوعی مدت زمان امواج ایجاد شده توسط سلول‌های مغزی موش در طول مسیریابی تکلیف‌محور را دو برابر کنند، سلول‌های هیپوکامپ را برای دراختیار داشتن کانال‌های حساس به نور مهندسی کردند. تابش نور از میان فیبرهای شیشه‌ای ریز نورون‌ها را فعال کرده، نورون‌های بیشتری را به زنجیره رخداد طبیعی اضافه کرده و در نتیجه جزئیات بیشتری از بازنمایی مسیر تو در تو را رمزگردانی می‌کرد.

این مطالعه همچنین به طرز مهمی دریافت که امواج گسترده‌تر نورون‌های کندشلیک را فعال کردند تا با زنجیره‌های آنان همگام شوند. مطالعات گذشته نویسندگان نشان داده بود هنگامی که چیز جدیدی آموخته می‌شود این نورون‌های کند در تغییر ویژگی‌هایشان بهترند (انعطاف پذیرترند).

برعکس، همکاران تندشلیک آن‌ها در امواج گرایش داشتند تا زنجیره را بدون توجه به راهی که موش درپیش می‌گیرد آغاز کنند. تیم بوزساکی در حال تلاش برای اثبات این موضوع بوده است که این نورون‌های غیرمنطعف به تجربه‌های زیادی تعمیم می‌یابند، و جنبه‌های آشنای (به جای تازه) هر موقعیت مورد مواجهه جدید را رمزگردانی می‌کنند.

نویسنده ارشد دکتر "آنتونیو فرناندز روئیز" که یک پژوهشگر پسادکترا در آزمایشگاه بوزساکی است می‌گوید: «قدم بعدی ما جستجو برای درک این خواهد بود که چگونه امواج SWR می‌توانند با ابزار غیرتهاجمی تداوم داشته باشند، که اگر موفق به اینکار شویم، تاثیراتی بر درمان اختلالات حافظه خواهد داشت.»

منبع: Neuroscience News

مترجم: کیوان زیدعلی، عضو شاخه دانشجویی نقشه برداری مغز