Загадка робочої пам'яті: зміна поглядів, частина 1

Анотація

Робоча пам'ять представляє великий інтерес через її важливість для когнітивної функції, її зв'язок зі свідомістю та її порушення при хворобах, але клітинні механізми залишаються невловимими та суперечливими.

Клітинні механізми невіддільні від пам'яті. Дослідження показують, що формування та збереження пам’яті пов’язані з діяльністю нейронів. Клітинні механізми є основними одиницями, які утворюють нейрони, тому їх функція, структура та регуляція мають важливий вплив на формування та збереження пам’яті. Далі буде представлено процес формування пам’яті, збереження та забування з точки зору клітинних механізмів.

Формування пам'яті в основному залежить від змін у синапсах. Синапси є ключовими частинами комунікації між нейронами. Їхні зв’язки не тільки визначають формування та функціонування нейронних мереж, але й є основним місцем формування пам’яті. Дослідження виявили, що силу та кількість синаптичних зв’язків можна підвищити за допомогою тренувань і навчання, що називається синаптичною пластичністю. Синаптична пластичність головним чином включає тривалу потенціацію (LTP) і тривалу депресію (LTD). LTP може подовжувати збудливість нейронів, посилювати нейрональну активність і сприяти формуванню пам'яті. LTD, навпаки, може послабити активність нейронів, що призведе до забудькуватості та згасання. Тому синаптична пластичність є ключовою для формування та збереження пам’яті.

Клітинні механізми також відіграють важливу роль у формуванні та збереженні пам'яті через нейромедіатори. Нейромедіатори — це хімічні сигнали, які обмінюються між нейронами та регулюють активність нейронів і синаптичну пластичність. Минулі дослідження показали, що дофамін є важливим нейромедіатором у формуванні та збереженні пам’яті. Дофамін може сприяти утворенню LTP і запобігати виникненню LTD, тим самим зміцнюючи зв'язки між нейронами і сприяючи формуванню і збереженню пам'яті.

Крім того, клітинні механізми також впливають на формування та збереження пам’яті через епігенетичну регуляцію. Епігенетика відноситься до генетичних явищ, які впливають на експресію генів, включаючи метилювання ДНК, модифікації гістонів тощо. Ці модифікації можуть змінювати рівні транскрипції генів, активність промоторів тощо, тим самим впливаючи на активність нейронів і взаємні зв’язки. Дослідження виявили, що формування та збереження пам’яті пов’язані з такими регуляторними механізмами, як модифікація гістонів і метилювання ДНК.

Таким чином, клітинні механізми відіграють вирішальну роль у формуванні та збереженні пам’яті не лише через синаптичну пластичність, модуляцію нейромедіаторів та епігенетичну регуляцію, але й через багато інших механізмів. Тому ми повинні ретельно вивчити ці механізми та зрозуміти їхні функції та способи дії, щоб краще використовувати ці механізми та сприяти покращенню нашої пам’яті. Видно, що нам потрібно покращувати пам'ять. Cistanche deserticola може значно покращити пам'ять, оскільки Cistanche deserticola також може регулювати баланс нейромедіаторів, наприклад підвищувати рівень ацетилхоліну та факторів росту. Ці речовини дуже важливі для пам'яті та навчання. Крім того, м’ясо може також покращити кровообіг і сприяти доставці кисню, що може гарантувати, що мозок отримує достатню кількість поживних речовин і енергії, таким чином покращуючи життєздатність і витривалість мозку.

Клацніть знати добавки для покращення пам'яті

Нещодавня стаття Барбоса та його колег скасовує висновки впливового дослідження Вольфа та його колег, яке прийшло до висновку, що робоча пам’ять може підтримуватися в прихованому стані завдяки тимчасовій пластичності синаптичних зв’язків, які утворюють динамічні ансамблі нейронів, що тимчасово кодують інформацію. Повторний аналіз даних показує, що в записах ЕЕГ існує постійний електроактивний підпис, який зберігається протягом тривалості робочої пам’яті.

Цей повторний аналіз доповнює велику кількість доказів, які вказують на те, що робоча пам’ять кодується тривалим активуванням потенціалу дії.

Проте кілька досліджень показують, що несвідомі (без нагляду) робочі спогади можуть бути викликані навіть за відсутності вимірної нейронної активності, що свідчить про те, що можуть бути задіяні електрично безшумні механізми. Перевірка цієї гіпотези є проблематичною, враховуючи те, що в ній не передбачається активація нейронів, яку можна було б легко виміряти.

Ключові слова

Робоча пам'ять, увага, приховані стани, підсвідоме сприйняття, синаптична пластичність, ЕЕГ, фМРТ, короткочасна пам'ять.

На відміну від інших форм пам’яті, які зберігають минулий досвід для пригадування в майбутньому, робоча пам’ять зберігає інформацію в режимі реального часу під час виконання завдання. Клітинні механізми робочої пам’яті також можуть відрізнятися від інших форм пам’яті, і це питання, яке триває.

Робоча пам’ять має дуже обмежену ємність і невелику тривалість (для огляду див. Linden 2007), але ця здатність необхідна для різноманітних когнітивних функцій і поведінки. Це головний компонент інтелекту, а робоча пам’ять часто послаблюється внаслідок старіння, хвороби чи інтоксикації.

Існує дві провідні теорії щодо механізму робочої пам'яті; кожен з них підтверджується електрофізіологічними та функціональними даними зображення мозку. Недавнє дослідження (Barbosa та інші 2021) скасовує висновки основоположного дослідження (Wolff та інші 2017), яке підтверджувало теорію про те, що робоча пам’ять залежить від синаптичної пластичності, що залежить від активності.

Це було досягнуто не проведенням нових експериментів, а натомість повторним аналізом даних із попередньої статті. Використовуючи нові аналітичні підходи до повторного аналізу початкових даних, автори знаходять докази, що підтверджують альтернативну гіпотезу.

Дві теорії робочої пам'яті

Дві теорії механізму робочої пам’яті – «активно-мовчазні нейронні мережі» та «постійна активність». Перший передбачає, що залежна від активності синаптична пластичність функціонально об’єднує нейрони в перехідні нейронні ансамблі, які кодують досвід (GoldmanRakic ​​1995). Згідно з цією теорією, пластичність, залежна від часу спайку, призводить до тимчасових біохімічних змін в окремих синапсах, які посилюють або зменшують нейромедіаторні сигнали для формування динамічних нейронних мереж, які зберігають досвід.

Внутрішньоклітинної кальцієвої динаміки, яка впливає на синаптичну передачу, може бути достатньо для формування тимчасових нервових вузлів, які динамічно змінюються новою інформацією (Mongillo та інші 2008). Швидко ці швидкі залежні від активності зміни в синаптичній силі спадають; функціональний зв'язок нейронних мереж розривається, і робоча пам'ять втрачається.

Тимчасове зберігання інформації в робочій пам’яті завдяки коротким змінам синаптичної сили дозволить швидко кодувати інформацію, яка може динамічно оновлюватися, щоб підтримувати нову інформацію в пам’яті в режимі реального часу. Важливо, що синаптично пов’язані нейронні мережі є електрично безшумними. Тобто інформація, закодована в нейронних мережах, реактивується під час пригадування, подібно до того, як зберігаються та відновлюються короткочасні та довгострокові спогади, а не шляхом підтримки активації потенціалу дії в цих ланцюгах.

Альтернативна гіпотеза полягає в тому, що робоча пам'ять підтримується постійним спрацюванням потенціалу дії. Безперервна активація потенціалів дії була б неймовірним та енергетично неефективним способом зберігання інформації протягом тривалого періоду часу, але оскільки робоча пам’ять працює в режимі реального часу та зберігається лише кілька секунд, механізми синаптичної пластичності зберігання інформації та її відкликання, які відповідають за короткочасну та довготривалу інформацію пам'ять може не знадобитися.

Натомість постійна активація потенціалу дії в нейронних мережах, які відповідають за сприйняття та обробку інформації, може підтримувати інформацію для безпосередньої мети виконання конкретного когнітивного завдання. Дійсно, якщо існує свідоме усвідомлення події під час виконання поведінки, слід очікувати постійну активацію потенціалу дії в кортикальних ланцюгах.

Існують давні докази тривалої активації потенціалів дії протягом періоду затримки перед пригадуванням у робочій пам’яті. Префронтальна кора головного мозку є центром робочої пам’яті, тому що тут різні аспекти сенсорного досвіду поєднуються, щоб утворити когерентну схему. Піонерські дослідження на приматах встановили важливість префронтальної кори головного мозку для робочої пам’яті (Butters and Pandya 1969), а електрофізіологічні записи в 1970-х роках показали активацію нейронів у префронтальній корі мавп протягом тривалості виконання завдання робочої пам’яті (Fuster and Alexander 1971).

Подібним чином підвищена активність, що підтримується протягом періоду затримки в завданнях робочої пам’яті, також була продемонстрована дослідженнями функціональної магнітно-резонансної томографії (фМРТ; Кортні та ін., 1997 р.) та електроенцефалографії (ЕЕГ; Фостер та ін., 2016 р.). Сенсорна кора та інші області мозку можуть демонструвати подібна поведінка.

Однак одна складність полягає в тому, що така постійна активність може бути допоміжною для фундаментального механізму робочої пам’яті; наприклад, це може відображати нейроактивність, пов’язану з увагою (Lewis-Peacock та інші 2012). Дійсно, інші дослідження показали, що нервова активність може то зростати, то слабшати протягом періоду затримки перед відкликанням. Часто нейронна активність падає до початкового рівня та відновлює свою силу ближче до кінця періоду затримки в очікуванні пригадування, необхідного для виконання повторюваного завдання (Barak та інші 2010).

Разом ці дослідження свідчать про те, що хоча постійне спрацьовування потенціалу дії може підтримувати робочу пам’ять, інші електрично тихі механізми можуть у деяких випадках зберігати робочу пам’ять. Одне скупе пояснення полягає в тому, що активна робоча пам’ять (ті, що зберігаються у свідомому усвідомленні) і неконтрольована (несвідома) робоча пам’ять можуть працювати через різні клітинні механізми.

Обслуговувана та неактивна робоча пам’ять

Робочу пам’ять можна підтримувати без усвідомлення, а потім згадувати після відповідної вказівки, як коли людина забуває свій хід думок під час розмови, але потім згадує її негайно, коли нагадує про те, що було сказано лише кілька секунд тому.

На підтвердження цього один імпульс TMS (транскраніальна магнітна стимуляція) може відновити втрачену зорову робочу пам’ять у дослідженнях на людях і підвищити рівні нейронної активності, виявлені за допомогою МРТ та ЕЕГ, що вказує на відновлення пам’яті (Rose та інші 2016). Це підтверджує гіпотезу про те, що спогади без нагляду зберігаються за допомогою інших механізмів, ніж активація постійного потенціалу дії.

У цих експериментах учасникам одночасно показують два об’єкти на екрані комп’ютера. Після невеликої затримки їм сказали, кого з двох запам’ятати. Таким чином, вибране зображення стає центром уваги та підтримується в стані контрольованої робочої пам’яті.

Було виявлено підвищену нейронну реакцію, виявлену фМРТ та ЕЕГ в окремих експериментах, яка відповідала моменту розпізнавання зображення.

For more information:1950477648nn@gmail.com