STUDIU De ce amintirile noi nu le înlocuiesc pe cele vechi? Știința somnului deține informații

Au apărut noi informații cu privire la modul în care creierul evită „uitarea catastrofală” – distorsionarea și înlocuirea amintirilor stabilite în trecut atunci când sunt create altele noi.

O echipă de cercetători a descoperit că, cel puțin la șoareci, creierul procesează amintirile noi și cele vechi în faze separate ale somnului, ceea ce ar putea preveni amestecul dintre cele două. Presupunând că descoperirea este confirmată și la alte animale, „îmi pun toți banii pe faptul că această segregare se va produce și la oameni”, spune György Buzsáki, neuroștiințe sistemice la Universitatea New York din New York. Acest lucru se datorează faptului că memoria este un sistem vechi din punct de vedere evolutiv, spune Buzsáki, care nu a făcut parte din echipa de cercetare, dar a supervizat cândva munca unora dintre membrii acesteia.

Lucrarea a fost publicată miercuri în Nature.

O fereastră către creier

Oamenii de știință știu de mult timp că, în timpul somnului, creierul „reia” experiențele recente: aceiași neuroni implicați într-o experiență se aprind în aceeași ordine. Acest mecanism contribuie la solidificarea experienței ca amintire și la pregătirea acesteia pentru stocarea pe termen lung.

Pentru a studia funcționarea creierului în timpul somnului, echipa de cercetare a exploatat o ciudățenie a șoarecilor: ochii lor sunt parțial deschiși în timpul anumitor etape ale somnului. Echipa a monitorizat un ochi la fiecare șoarece în timp ce dormea. În timpul unei faze profunde de somn, cercetătorii au observat că pupilele se micșorează și apoi revin la dimensiunea lor inițială, mai mare, în mod repetat, fiecare ciclu durând aproximativ un minut. Înregistrările neuronale au arătat că cea mai mare parte a reluării experiențelor de către creier a avut loc atunci când pupilele animalelor erau mici.

Acest lucru i-a determinat pe oamenii de știință să se întrebe dacă dimensiunea pupilei și procesarea memoriei sunt interconectate. Pentru a afla, ei au apelat la o tehnică numită optogenetică, care utilizează lumina pentru a declanșa sau a suprima activitatea electrică a neuronilor modificați genetic din creier. Mai întâi, au antrenat șoarecii modificați să găsească o gustare dulce ascunsă pe o platformă. Imediat după aceste lecții, în timp ce șoarecii dormeau, autorii au folosit optogenetica pentru a reduce declanșări neuronale care au fost legate de memorie. Au făcut acest lucru atât în timpul etapelor de somn cu pupila mică, cât și în timpul celor cu pupila mare.

Odată treziți, șoarecii au uitat complet locația gustării – dar numai dacă declanșarea a fost redusă în timpul etapei cu pupila mică. „Am șters memoria”, spune Wenbo Tang, coautor al articolului din Nature și neuroștiințe sistemice la Universitatea Cornell din Ithaca, New York.

În schimb, atunci când echipa a redus exploziile de declanșare a neuronilor în faza cu pupila mare, la scurt timp după lecție, șoarecii au mers direct la gustare – ceea ce arată clar că amintirile lor proaspete erau intacte.

O explozie din trecut

Alte experimente ale echipei au arătat că faza de somn cu pupile mari are propria sa funcție: ajută la procesarea amintirilor stabilite, ceea ce la șoareci înseamnă cele care s-au format în câteva zile înainte de un somn, mai degrabă decât cele din aceeași zi.

„Creierul păstra amintirile mai vechi în timpul acestei sub-stări cu pupile mari, dar încorpora noi amintiri în timpul sub-stării cu pupile mici”, spune co-autorul Azahara Oliva, fizician la Universitatea Cornell. Acest sistem bifazic este o „posibilă soluție la această problemă a modului în care creierul poate încorpora noi cunoștințe, dar și să mențină intacte vechile cunoștințe”.

Lucrarea face „un pas foarte important”, spune Maksim Bazhenov, specialist în neuroștiințe sistemice la Universitatea din California, San Diego, care nu a fost implicat în cercetare. Aceasta arată că gestionarea amintirilor stabilite și a amintirilor noi „nu este amestecată, ceea ce ar putea duce la interferențe, ci [este] frumos separată în timp”.

Uitarea catastrofală afectează, de asemenea, rețelele neuronale artificiale, care sunt algoritmi modelați după creier și care stau la baza multor instrumente de inteligență artificială (AI) de astăzi. Înțelegerea modului în care creierul evită această problemă ar putea inspira algoritmi care pot fi utilizați pentru a ajuta modelele AI să o evite, de asemenea, spune Tang.