«ساعت مغزی» به سازماندهی خاطرات می پردازد
همانطور که اعضای ارکستر نیازمند رهبری هستند که آنها را هدایت کند، نورون هایی که در مغز ما وجود دارد نیز محتاج موج های فعالیتی با زمان بندی دقیق می باشند تا بتوانند خاطرات را به مرور زمان سازماندهی نمایند و در هیپوکامپ که مرکز حافظه مغز می باشد، یک کد عصبی برای «مرتب سازی موقت» جهت ساخت نقشه ذهنی از مکانی که فرد در آن حضور داشته، جایی که الان در آن حضور دارد و جایی که قصد رفتن به آن را دارد، تولید کند. تحقیقی که به تازگی از سوی موسسه علم مغز RIKEN در ژاپن انجام شده و در نسخه 30 می Nature Neuroscience منتشر شده است، نشان می دهد که چگونه نورون هایی که نماینده فضا در ذهن موش هستند، طی زمان باقی می مانند.
تصویر فوق: به موازات دویدن موش های کنترل شده در امتداد مسیر، نقشه مغزی آنها از محیطی که در آن قرار دارند، به صورت منظم از طریق مدار عصبی در هیپوکامپ (سمت چپ تصویر) بروزرسانی می شود. بدون وجود ورودی از ناحیه CA3 درهیپوکامپ، کد عصبیِ خاصی که نشاندهنده مکان متغیر موش بوده و از (کدبندی گذشته) برگرفته شده و ادامه پیدا می کند (کدبندی آینده)، دچار اختلال می شود و تنها مکان کنونی بدون تغییر باقی می ماند (سمت راست تصویر).
هنگامی که موش در محیط اطراف خود جهت یابی می کند، ناحیه مرکزی هیپوکامپ به نام CA1 متکی به امواج ریتمیکِ ورودی عصبی از آندسته نواحی نزدیک مغزی است که نقشه بروزرسانی شده ای را از فضا در اختیار قرار می دهد. وقتی محققان جلوی ورودی را از ناحیه هیپوکامپ نزدیک CA3 گرفتند، نقشه های رفرش شده دچار به هم ریختگی شدند. هرچند موش ها هنوز هم قادر به انجام جهت گیری ساده بودند و سیگنال های منتشره از نورون های منفرد فضا را به صورت دقیقی نشان می داد اما کد سطح جمعیتی یا "ارکستر" خارج از زمان بوده و اشتباهاتی داشت. توماس مک هیو نویسنده ارشد این مطالعه می گوید: "موسیقی عصبی تغییر نکرد. اما با خاموش کردن ورودی CA3 به CA1 در هیپوکامپ، توانستیم کنداکتور (رهبر ارکستر) را حذف کنیم."
مک هیو و استیون میدلتون نویسنده همکار به منظور دستیابی به نتیجه فوق الذکر، دست به مهندسی ژنتیکی موش ها زدند تا سم عصبی را در CA3 که تقاطع های سیناپتیک بین CA3 و سایر نواحی مغزی را خاموش می کند، بیان نمایند. فعالیت کلی عصبی حفظ شد، اما ارتباط سیناپتیک به شکل موثری خاموش شده بود، به این ترتیب آنها توانستند اثرِ از میان برداشتن وروی CA3 را بر روی نقشه فضا در CA1 اندازه گیری نمایند.
هنگامی که موش ها مسیری را رو به بالا یا پایین می دویدند، نویسندگان، نورون های منفرد چندگانه و نیز جریان الکتریکی خلاصه را ثبت نمودند تا دست به مانیتور هر کدام از چرخه های هشتگانه بزنند، منظور همان دوره های زمانی است که طی آن هیپوکامپ به موازات حرکت موش به بروزرسانی نقشه عصبیِ خود از فضا می پردازد.
با قیاس فعالیت انفرادی و جمعی در موش های نرمال و ترانس ژنتیک، دانشمندان موفق به انجام مشاهده ظاهراً پارادوکسی شدند. به موازات حرکت کردن موش های ترانس ژنتیک در محیط بسته، نورون های انفرادی همچنان فعالیت خود را به تناوب های منظم 8 هرتزی که به عنوان پیشروی فاز 8 چرخه ای شناخته می شود بروزرسانی کردند. سازماندهی چرخه ای اطلاعات اما در میان جمعیت نورون ها وجود نداشت. به گفته مک هیو: "بدون وجود ورودی از CA3، سازماندهی جهانی سیگنال های عصبی در سرتاسر چرخه 8 وجود نداشت تا بتوان محلی که موش از آن آمده است و یا محلی که به آن می رفت را تعیین کرد."
کشف نقشه ذهنی فضا در هیپوکامپ توسط این دانشمندان لایق منجر به اعطای جایزه نوبل 2014 در رشته فیزیولوژی یا پزشکی برای ایشان شد. البته باید این نکته را هم اضافه کرد که اتصال مداری شکل دهنده گروهی از سلولهای مکانی مورد استفاده برای پردازش حافظه و نحوه به روزرسانی آنها در لحظه ناشناخته بود. بدون ورودی CA3، پیش بینی صحیح مکان فضایی از کد عصبی گروهی ناقص باقی می ماند. موش، همچنان می داند کجاست، اما خطاهای کوچک نورون های منفرد در بازنمایاندن فضا، بدون وجود CA3 که به هدایت گروه CA1 بپردازد مشکل می شود.
به گفته مک هیو: "درصورتی که نورون ها به ترتیب فعال نشده باشند، نمی توان خاطرات را به مرور زمان سازماندهی کرد. چه در انسان یا موش، به هر صورت برای حرکت کردن از محل فعلی به جای دیگر، «گرفتن تصمیم» و «رسیدن به اهداف» نیازمند سازماندهی موقت هستیم." مک هیو اظهار می دارد درصورتی که می شد CA3 را در انسان ها نیز خاموش کرد، احتمالاً خاطرات بلا استفاده و اضافی می شدند. آزمایشاتی که پیش از این بر روی همین موش ها انجام شده بود نقش مشابهی را برای نورون های CA3 در سازماندهی اطلاعات طی خواب نشان داد، روندی که برای ذخیره خاطرات در طولانی مدت لازم است.
درحالیکه نورون های منفرد هیپوکامپ به سازماندهی خاطرات ادامه می دهند، این مطالعه نشان دهنده احتیاج ارکستر عصبی مغز به ورودی CA3 می باشد تا بتواند به عنوان «یک رهبر» عمل نماید. بدین ترتیب راهبردهای کدبندیِ عصبیِ مختلف، در عین جدا بودن، در مغز وابستگی متقابل هم به یکدیگر دارند. مهمتر از این، نویسندگان مطالعه همچنین شاهد کاهش در خصوصیت نوسانات عصبی ارتباط CA3-to-CA1 بودند. اختلالات وارده به این نوسانات در بیماری های مختلفی از اسکیزوفرنی گرفته تا آلزایمر شناسایی شده است و شناخت عمیق تر از نحوه سازماندهی اطلاعات توسط ریتم های مغز ممکن است مکانیسم های مداری اختلالات یاد شده را روشن تر سازد.
درباره نویسنده
