Wyobraź sobie sytuację, w której wraz z przyjacielem czy też przyjaciółką udajesz się na obiad do nowo otwartej restauracji. Spotyka Cię szansa spróbowania nowych potraw, smaków których jeszcze nie doznałeś/aś, a sama aranżacja miejsca jest dla Ciebie czymś niespotykanym. Wszystko w zasadzie jest nowe… ale jednak w pewien sposób podobne do tego, z czym już miałeś/aś styczność i to podpowiada Ci Twój mózg.
Nowe badania w materii pracy neuronów mózgu pozwoliły zidentyfikować populację komórek, które kodują każdy z charakterystycznych segmentów doświadczeń. Te fragmenty pamięci przechowywane są w hipokampie – obszarze mózgu odpowiedzialnym za kształtowanie nowych neuronów – a ich aktywacja zachodzi za każdym razem, gdy ma miejsce podobny rodzaj doświadczenia i różnią się od kodu neuronowego, który przechowuje szczegółowe wspomnienia z określonej lokalizacji.
Badacze uważają, że ten rodzaj „kodu zdarzenia”, który odkryli podczas badań na myszach, może pomóc mózgowi interpretować sytuacje i uczyć się nowych informacji, używając tych samych komórek do obrazowania podobnych doświadczeń. Gdy napotykamy coś nowego, pojawia się co najmniej kilka bodźców, które przykuwają naszą uwagę, ale zazwyczaj znamy już coś analogicznego, co sprawia, że nowe doświadczenie nie jest nam całkowicie obce.
Wiadomo od dawna, że niektóre komórki w hipokampie specjalizują się w przechowywaniu wspomnień o określonych lokalizacjach. Badania na gryzoniach wykazały, że w hipokampie neurony zwane „komórkami miejsca” aktywują się, gdy zwierzęta znajdują się w określonym miejscu, a nawet jeśli śnią o tym miejscu.
W nowym badaniu, zespół chciał sprawdzić czy hipokamp przechowuje również obrazy bardziej abstrakcyjnych elementów pamięci. Oznacza to odruchowe zapamiętywanie pewnych punktów budzących skojarzenia. Aby przetestować tę hipotezę, naukowcy zmierzyli aktywność w neuronach regionu CA1 mysiego hipokampu, gdy myszy wielokrotnie miały pokonać labirynt o czterech okrążeniach. Pod koniec każdej próby i przebyciu czwartego okrążenia myszy otrzymywały nagrodę. Zgodnie z oczekiwaniami naukowcy znaleźli komórki, które stają się aktywne, gdy myszy osiągną określone punkty na torze. Jednak naukowcy odkryli również zestawy komórek, które były aktywne podczas jednego z czterech okrążeni, ale nie pozostałych. Wydaje się, że około 30 procent neuronów w obszarze hipokampu CA1 jest zaangażowanych w tworzenie „kodu zdarzenia”.
Te obserwacje dały naukowcom początkowe wyobrażenie, że oprócz kodu przestrzeni, komórki w hipokampie dbają również o kodowanie dyskretnych fragmentów, które będą charakterystyczne dla okrążenia nr 1, 2 i kolejnych.
Aby dalej badać tę koncepcję, naukowcy wytrenowali myszy, aby biegały w kwadratowym labiryncie w dniu 1, a następnie w okrągłym labiryncie w dniu 2, w którym również otrzymywały nagrodę po co czwartym okrążeniu. Odkryli, że komórki lokalizacji zmieniły swoją aktywność, odzwierciedlając nowe środowisko. Jednak te same zestawy komórek specyficznych dla danego okrążenia zostały aktywowane podczas każdego z czterech okrążeni, niezależnie od kształtu labiryntu. Aktywność komórek kodujących okrążenia również pozostawała stała, gdy okrążenia były losowo skracane lub wydłużane.
Autorzy badania wnioskują, że nawet w nowych lokalizacjach przestrzennych komórki nadal zachowują kodowanie dla liczby okrążeń, co sugeruje, że komórki, które kodowały okrążenie nr 1 kwadratowego labiryntu, zostały przeniesione do kodu dla okrążenia nr 1 okrągłego labiryntu.
Naukowcy wykazali również, że jeśli zastosują optogenetykę (technika aktywowania neuronów za pomocą światła) do zahamowania wprowadzania sensorycznego z części mózgu zwanej przyśrodkową korą entorinalną (MEC), wtedy kodowanie okrążeni nie wystąpi.
Odkrycia te sugerują, że faktycznie, za każdym razem, gdy jesz posiłek obiadowy, podobne komórki pamięci są aktywowane, bez względu na to gdzie i co jesz. Naukowcy twierdzą, że hipokamp zawiera dwa wzajemnie i niezależnie manipulowane kody. Jeden koduje ciągłe zmiany lokalizacji, czasu i danych sensorycznych, podczas gdy drugi organizuje ogólne wrażenia w mniejsze kawałki, które pasują do znanych kategorii, takich jak przystawka i deser.
Autorzy są zdania, że oba typy kodów hipokampa są przydatne i oba są równie istotne. Chcąc zapamiętać wszystkie szczegóły tego, co wydarzyło się w konkretnym zdarzeniu, zmiany które nastąpiły z chwili na chwilę – ciągłe monitorowanie owych zmian jest skuteczne. Jednakże, jeśli zdarzenie trwa dłużej, to zapamiętywanie fragmentów i zapamiętywanie ich abstrakcyjnej kolejności jest bardziej skuteczne, niż monitorowanie długiego procesu ciągłych zmian.
Badacze uważają, że sieci komórek, które kodują fragmenty doświadczeń, mogą być również przydatne do pewnego rodzaju uczenia się, zwanego uczeniem się przez transfer, które to pozwala zastosowanie wiedzy, którą już masz, aby pomóc zinterpretować nowe doświadczenia lub uczyć się nowych rzeczy. Tym samym, jesteśmy bliżsi poznania mechanizmów, jakie kryją się za zdobywaniem nowych możliwości, jak prowadzenie pojazdów, operowanie maszynami, przygotowywanie potraw itd. Od dawna wiadomo, że mózg lubi prostotę i tworzy w tym celu mapę prostych schematów, a to badanie pokazuje, że ta prostota pozwala się nam adaptować do nowych warunków.
Ref: Sun C, Yang W, Martin J, Tonegawa S. Hippocampal neurons represent events as transferable units of experience. Nat Neurosci. 2020 Apr 6. doi: 10.1038/s41593-020-0614-x.
