W lat dziewięćdziesiątych naukowcy zaobserwowali szczególny wzorzec aktywności neuronów u gryzoni: dziesiątki tysięcy komórek nerwowych wystrzeliwanych synchronicznie w części mózgu zwanej hipokampem. Wówczas jednak badacze nie byli w stanie zrozumieć „języka” umysłów gryzoni, gdy w ich mózgach zachodziły te tajemnicze synchroniczne eksplozje. Nie tak dawno naukowcom udało się zarejestrować te gwałtowne wybuchy aktywności – zwane „falami hipokampu” – w ludzkim mózgu i udało im się wykazać ich znaczenie jako mechanizmu neuronalnego leżącego u podstaw kodowania nowych wspomnień i ich późniejszego przywołania.
Omawiane fale hipokampu są bardzo intrygującym dla świata nauki zjawiskiem pod względem intensywności i czasu ich zachodzenia. Jest to zorganizowany wybuch synchronicznej aktywacji około 15% neuronów hipokampa – wszystkie wystrzeliwują razem w ciągu około jednej dziesiątej sekundy. Jak mówią sami naukowcy, jest to zjawisko podobne do… pokazu sztucznych ogni. Po raz pierwszy zauważono, że pojawiają się one podczas mentalnych stanów snu i odpoczynku, oraz że odgrywają ważną rolę w przestrzennej pamięci nawigacyjnej gryzoni. Dopiero niedawno stwierdzono, że taka synchroniczna aktywność elektryczna w dużych grupach neuronów występuje również w hipokampie naczelnych w stanie czuwania. Jednak do tej pory naukowcy nie byli pewni, co do roli, jaką odgrywają fale u ludzi w kontekście funkcji poznawczych i aktywności umysłowej.
Co mówią badania?
Oczywiście, ludzie mogą transferować swoje myśli na urządzenia do tego stworzone, ale większość metod badawczych nie daje naukowcom szczegółowego obrazu tego, co dzieje się w tym samym czasie w mózgu. Badacze brali pod uwagę pacjentów, którzy przechodzą inwazyjne sesje w trakcie diagnozy medycznej. W tej procedurze klinicznej pacjenci cierpiący na trudną do leczenia padaczkę otrzymują implantowane elektrody w wielu obszarach mózgu w celu zlokalizowania ogniska padaczkowego i następnie chirurgicznego usunięcia go.
Podczas eksperymentu pacjentom przedstawiono zdjęcia, bogate w kolory i szczegóły wizualne, albo twarzy znanych ludzi (np. Barack Obama, Uma Thurman) lub słynnych zabytków (np. Statua Wolności, Krzywa Wieża w Pizie). Pacjentów poproszono o jak najdokładniejsze zapamiętanie tych zdjęć. Po tym etapie oglądania zdjęć i po wykonaniu krótkiego zadania mającego na celu rozproszenia myśli poproszono ich, z zasłoniętymi oczami, do swobodnego przywołania zdjęć i szczegółowego ich opisania. W trakcie eksperymentu rozmowy pacjentów były rejestrowane jednocześnie z odpowiadającą im aktywnością mózgu, co zostało ujawnione za pomocą elektrod wszczepionych zarówno w hipokampie, jak i w innych obszarach kory mózgowej.
Korelowanie aktywności mózgu z ustnymi raportami pacjenta ujawniło wiele niezwykłych dla naukowców obserwacji. Po pierwsze, stwierdzono, że fale hipokampu odgrywają kluczową rolę w procesie korzystania z zasobów pamięci: około sekundę lub dwie zanim pacjenci przypomnieli sobie i zaczęli opisywać widziany niedawno obraz, nastąpił znaczny wzrost częstości fal poprzedzający przywołanie zapamiętanych informacji. Co ważne, fale hipokampa odtwarzają treść zdjęć: zdjęcia, które wywołały większą liczbę fal podczas oglądania, również wywołały większą liczbę fal podczas późniejszego przywołania informacji.
Ponieważ aktywność mózgu rejestrowano jednocześnie w hipokampie i korze mózgowej, badacze byli w stanie wykazać, że fale były zsynchronizowane z aktywacją korową, szczególnie w wizualnych obszarach mózgu, w których prawdopodobne przechowywane jest więcej szczegółowych informacji wizualnych. Ponadto wiadomo, że obszary wizualne wysokiego poziomu specjalizują się w reprezentowaniu określonych kategorii wizualnych – na przykład twarze są reprezentowane w jednym regionie korowym, a obiekty jak budynki w innym regionie. W związku z tym, gdy uczestnicy eksperymentu przypominali sobie twarz, na przykład Baracka Obamę, lub alternatywnie obiekt, taki jak chociażby Wieża Eiffla, aktywność korowa była selektywnie wzmacniana w odpowiednich ośrodkach wizualnych. Jak twierdzą autorzy badania: podczas sięgania w głąb pamięci zachodzi zsynchronizowana aktywacja wielu ośrodków mózgu, w której to przewodniczy hipokamp.
Zaburzenia związane z synchronizacją tych fal wytwarzanych przez hipokamp, które następnie sterują innymi obszarami mózgu przez ich aktywację , niekorzystnie wpływają na pamięć – zarówno pod kątem zapamiętywania informacji, jak i korzystania z zasobów pamięci. Cytowane badanie pozwala światu nauki przybliżyć rolę hipokampu w formowaniu pamięci i opracować nowe metody leczenia.
Co zaś możemy zrobić my, aby zadbać o nasz hipokamp? Wszystko, to co poprawiają synchronizację jego działania i formowanie nowych neuronów, a będą:
- regenerujący sen (najlepiej o stałych porach kładzenia się i budzenia)
- unikanie stresu (tego intensywnego i długotrwałego)
- uprawianie sportu
- żywność obfita w błonnik (jak razowe pieczywo), z którego powstaje w naszych jelitach maślan stymulujący produkcję białka BDNF w hipokampie – podstawy do formowania nowych neuronów, dzięki którym nasza pamięć w ogóle działa.
Ref: Norman Y, Yeagle EM, Khuvis S, Harel M, Mehta AD, Malach R. Hippocampal sharp-wave ripples linked to visual episodic recollection in humans. Science. 2019 Aug 16;365(6454). pii: eaax1030. doi: 10.1126/science.aax1030.
