U nedavnoj studiji objavljenoj u časopisu Priroda, istraživači sa Univerziteta Stanford i Univerziteta Jejl istražili su interakciju između kratkoročnog i dugoročnog pamćenja kod životinja.
Učenje i pamćenje kod insekata kontroliše struktura poznata kao telo pečurke, analogno hipokampusu kod sisara.
Dok su prethodne studije istraživale ovo kod insekata, istraživači su želeli da shvate kako već postojeći, urođeni odgovori na stimuluse utiču na učenje novih asocijacija i kako se ta sećanja formiraju i održavaju tokom vremena.
Medical Kspress razgovarao je sa prvim autorom studije, Cheng Huangom, docentom na Medicinskom fakultetu Univerziteta u Vašingtonu. Govoreći o tome šta ga je navelo da nastavi sa ovim istraživanjem, rekao je: „Od detinjstva sam bio fasciniran koliko živopisna mogu biti naša sećanja i kako mogu da oblikuju ponašanje i ličnost pojedinca.
Istraživači su se fokusirali na mozak Drosophila (voćne mušice). Koristeći kombinaciju eksperimentalnih tehnika snimanja i računarskog modeliranja, istraživači su posmatrali neuronsku aktivnost u voćnim mušicama dok su prolazile kroz eksperimente olfaktornog asocijativnog kondicioniranja.
Oslobađanje dopamina je povezano sa iskustvima nagrađivanja, jačajući sećanje na to iskustvo. U suštini, dopamin deluje kao signal da se nešto dobro dogodilo, što olakšava pamćenje.
Ovo pomaže kod kodiranja novih sećanja i jačanja naučenog ponašanja, igrajući ulogu u formiranju kratkoročnog i dugoročnog pamćenja. Takođe pomaže u skladištenju i pronalaženju memorije, stabilizujući uspomene tokom vremena.
Profesor Huang i njegove kolege predlažu da dopaminski neuroni u mozgu voćne mušice integrišu informacije iz urođenih odgovora i naučenih iskustava sa senzornim stimulansima.
Drugim rečima, dopamin pomaže u procesuiranju i objedinjavanju informacija dobijenih iz dva izvora, utičući na to kako mozak reaguje na senzorne stimuluse.
„Naš rad uvodi novu koncepciju interakcije između područja za skladištenje kratkoročne i dugoročne memorije mozga“, objašnjava prof. Huang.
„Tradicionalne koncepcije fokusirane na konsolidaciju sistema, u kojima se memorije koje se nalaze u oblastima kratkoročnog skladištenja prenose tokom vanmrežne aktivnosti u oblasti za dugotrajno skladištenje. Ovde otkrivamo različitu interakciju između odeljaka kratkoročne i dugoročne memorije.“
Za eksperimentalni deo studije, istraživači su koristili 500 voćnih mušica, izlažući ih različitim mirisima. Ove voćne mušice su genetski modifikovane da ciljaju specifične neurone i manipulišu njihovom aktivnošću.
Neki od mirisa su bili upareni sa pozitivnim ili negativnim stimulansima (poput nagrade ili kazne). Ovo testira koliko dobro muve mogu naučiti i zapamtiti vezu između mirisa i ishoda.
Objašnjavajući zašto je korišćena drozofila, prof. Huang je rekao: „Mozak drozofile pruža odličan model za razumevanje fundamentalne logike i mehanizama u osnovi učenja i pamćenja posredovanih dopaminom.
„Uprkos tome što ima značajno manji broj dopaminskih neurona u poređenju sa sisarima, Drosophila dopaminski sistem pokazuje više očuvanih funkcija u procesima učenja i pamćenja.“
Da bi izmerili odgovor muva na različite stimuluse, istraživači su izmerili neuralnu aktivnost (komunikaciju između neurona) koristeći naponsko snimanje.
Ovaj metod hvata električne signale merenjem promena napona na membrani neurona. Kada se neuron aktivira, dolazi do promene napona, što se može snimiti pomoću posebnih senzora ili boja.
Za računski deo svog rada, istraživači su kreirali model kruga tela pečurke, ograničen i ožičenjem mozga muve i njihovim eksperimentalnim podacima o skokovima, da bi objasnili i predvideli dinamiku memorije.
Istraživači su otkrili da dopaminski neuroni u mozgu voćne mušice kodiraju urođene i naučene odgovore na nagrade, kazne i mirise, heterogeno. Ovi signali regulišu kako se sećanja čuvaju i zaboravljaju u mozgu.
Kada se formiraju kratkoročna sećanja, to pokreće proces koji otvara kapiju za slabljenje određenih veza između moždanih ćelija, omogućavajući dopaminskim neuronima da bolje obrade i urođene i naučene znakove, što zauzvrat pomaže u formiranju dugoročnih sećanja.
„Ovo gejtovanje se dešava putem povratne interakcije, pri čemu signali koji izlaze iz jedinice kratkoročne memorije utiču na aktivnost koja se unosi u jedinicu dugoročne memorije.“
„Nakon što je stvorena kratkoročna memorija, ova povratna interakcija omogućava da se dugoročno pamćenje brzo formira tokom dodatnih prezentacija iste asocijacije koja je dovela do početnog kratkoročnog pamćenja“, objasnio je prof. Huang.
Takođe su otkrili da snaga ove kapije zavisi od linearnog zbira urođenih i prethodno naučenih odgovora senzornih znakova.
Dalje, računarski model je otkrio kako dopamin posreduje u interakciji između kratkoročne i dugoročne memorije. Istraživači su otkrili da vreme treninga za izumiranje pamćenja i prirodni značaj mirisa utiču na snagu i postojanost ovih sećanja.
Nalazi studije otkrivaju kako različiti delovi tela pečurke rade zajedno da formiraju kratkoročnu i dugoročnu memoriju.
Oni pružaju mehaničko razumevanje o tome kako urođene i naučene informacije interaguju u mozgu da bi oblikovale ponašanje. Pored toga, otkrivena je i uloga dopamina u posredovanju međuigre između kratkoročne i dugoročne memorije.
„Ovaj mehanizam bi mogao da pruži uvid u identifikaciju sličnih kola kod sisara. Na kraju krajeva, naši nalazi mogu biti od koristi razvoju intervencija ili tretmana bolesti povezanih sa demencijom kod ljudi“, rekao je prof. Huang.
Govoreći o tome kako bi njihova studija mogla uticati na oblast neuronauke u celini, dr Huang je zaključio rekavši: „Biološke implikacije naših podataka i rezultata modeliranja su dalekosežne i mogu ponuditi važne računske uvide u sistem dinamičke memorije i inspirisati nove dizajna algoritama učenja i mrežnih arhitektura u veštačkoj inteligenciji“.
