چگونه مغز خاطرات قدیمی خود را زمانی که خاطرات جدید ثبت می‌شوند، سازمان‌دهی می‌کند؟

محققان آکسفورد و امپریال، از اینکه چگونه سازماندهی مجدد خاطرات موجود به عنوان تجربیات جدید در حافظه‌ی موش‌ها عمل می‌کند، نقشه‌برداری کرده‌اند.

آنها دریافتند که معماری مغز به اندازه‌ی کافی پیچیده است که بتواند اطلاعات جدید را تلفیق کند و در عین حال به خاطرات جدید و قدیمی اجازه‌ی تعامل دهد، به صورتی که مجبور نباشد تجربه های قدیمی را فراموش کند تا جا برای تجربیات جدید ایجاد گردد.

در مطالعه‌ی ‌منتشر شده در Nature Neuroscience، تیم دانشگاه آکسفورد و کالج امپریال لندن با استفاده از تئوری گراف - ساختارهای ریاضیاتی که روابط بین اشیا را مدلسازی می‌کند - آزمایشی را طراحی کردند تا نحوه‌ی تلفیق خاطرات توسط موش‌ها را مورد مطالعه قرار دهند.

آنها آزمایشاتی طراحی کردند که در آن‌ها موش‌ها می‌آموختند یک محفظه‌ی مشخص در یک محیط جدید حاوی شکر است. موش‌ها همچنین قبل و بعد از ایجاد این ارتباط جدید بین مکان‌های مشخص و پاداش، یک محیط آشنا را کاوش ‌می‌کردند.

این مساله برای دانشمندان این امکان را میسر می‌ساخت تا ببینند که چگونه قرار‌دادن خاطره‌ی جدید بر الگوهای فعالیت مشترک در میان سلول‌های عصبی در هیپوکامپ، یک منطقه مغزی که نقشی عمده در یادگیری و حافظه دارد، تأثیر می‌گذارد. آنها دریافتند که ساختار شبکه‌ی توصیف‌گر الگوهای شلیک هماهنگ نورونی (فعالیت مشترک) که هنگام یادآوری خاطرات قدیمی در هیپوکامپ، رخ می‌دهند، زمانی که موش‌ها خاطرات جدید ثبت کردند، تغییر کرد.

این تیم همچنین دریافت که در حین یادگیری، الگوهای فعالیت مشترک در میان سلول‌های عصبی در جهت‌های خاصی در "فضای فعالیت عصبی" گسترش یافت. این مساله نشان داد که "جدید بودن"، موقعیت مکانی و تجربه‌ی پاداش، عوامل کلیدی در فرآیند تلفیق خاطرات جدید بودند. آنها همچنین کشف کردند که سلولهای با فعالیت زیاد، هسته‌ی اصلی هر حافظه را تشکیل می‌دهند، در حالی که سلولهای کم فعالیت، به منظور تفکیک تجارب فردی، در الگوهای فعالیت "بر اساس تقاضا" در سرتاسر وقایع رفتاری نقش دارند.

این یافته بر یک تقسیم کار مهم بین نورون‌های هیپوکامپ تاکید می‌کند. پروفسور دیوید دوپرت، محقق ارشد در دانشگاه آکسفورد، اظهار داشت: "این تحقیق از اطلاعات جدیدی در مورد مکانیزم شبکه‌ای که بستر ذخیره‌سازی مداوم و یادآوری خاطرات متعدد در هیپوکامپ است، پرده بر‌می‌دارد. دانشمندان علوم مغز و اعصاب اکنون روش‌های جدیدی مانند تصویربرداری روی موجودات زنده را برای نظارت بر جمعیت عصبی در مقیاس بزرگ طی روزها و هفته‌ها تجربه‌ی یادگیری، برای درک بیشتر این روند اجرا می‌کنند."

این تحقیق به ما روش جدیدی برای بررسی مکانیسم‌های شبکه‌ی موجود در ذخیره‌سازی و فراخوانی خاطرات متعدد در هیپوکامپ می‌دهد. پروفسور سیمون شولتز، از گروه مهندسی زیستی امپریال، که در نگارش این مطالعه همکاری کرده است، گفت: "این تحقیق ارزش یک رویکرد میان رشته‌ای برای درک مغز را برجسته می‌کند - با داشتن نگاهی مهندسی و ریاضیاتی به حافظه، ما توانستیم به بینشی دست یابیم که با رویکرد سنتی در مطالعه‌ی حافظه امکان پذیر نبوده است."

دانشمندان علوم مغز و اعصاب اکنون در حال طراحی و بررسی روش‌های جدید نظارت بر شبکه‌های نورونی در مقیاس بزرگ در گذر زمان هستند و همچنین به تأثیر پیری در نحوه ذخیرهسازی خاطرات جدید علاقه‌مندند.