Záhada pracovnej pamäte: Zmena pohľadov 1. časť

Abstraktné

Pracovná pamäť je veľmi zaujímavá kvôli jej dôležitosti v kognitívnych funkciách, jej vzťahu k vedomiu a jej poruchám pri chorobách, ale bunkové mechanizmy zostávajú nepolapiteľné a kontroverzné.

Bunkové mechanizmy sú neoddeliteľné od pamäte. Výskumy ukazujú, že tvorba a uchovávanie pamäte súvisí s činnosťou neurónov. Bunkové mechanizmy sú základnými jednotkami, ktoré tvoria neuróny, takže ich funkcia, štruktúra a regulácia majú dôležitý vplyv na formovanie a uchovávanie pamäte. Nasledujúci text predstaví proces formovania, uchovávania a zabúdania pamäti z pohľadu bunkových mechanizmov.

Formovanie pamäte závisí hlavne od zmien v synapsiách. Synapsie sú kľúčovými časťami komunikácie medzi neurónmi. Ich spojenia určujú nielen tvorbu a funkciu neurónových sietí, ale sú aj hlavným miestom, kde sa tvorí pamäť. Výskum zistil, že silu a počet synaptických spojení možno zvýšiť tréningom a učením, čo sa nazýva synaptická plasticita. Synaptická plasticita zahŕňa najmä dlhodobú potenciáciu (LTP) a dlhodobú depresiu (LTD). LTP môže predĺžiť excitabilitu neurónov, zvýšiť aktivitu neurónov a podporiť tvorbu pamäte. Naopak, LTD môže oslabiť aktivitu neurónov, čo vedie k zabudnutiu a zániku. Synaptická plasticita je preto kľúčom k formovaniu a uchovávaniu pamäte.

Bunkové mechanizmy zohrávajú dôležitú úlohu aj pri tvorbe a uchovávaní pamäte prostredníctvom neurotransmiterov. Neurotransmitery sú chemické signály, ktoré komunikujú medzi neurónmi a regulujú aktivitu neurónov a synaptickú plasticitu. Minulé výskumy ukázali, že dopamín je dôležitým neurotransmiterom pri tvorbe a uchovávaní pamäti. Dopamín môže podporovať tvorbu LTP a predchádzať výskytu LTD, čím posilňuje spojenie medzi neurónmi a podporuje tvorbu a uchovávanie pamäte.

Okrem toho bunkové mechanizmy ovplyvňujú aj tvorbu a uchovávanie pamäte prostredníctvom epigenetickej regulácie. Epigenetika označuje genetické javy, ktoré ovplyvňujú expresiu génov, vrátane metylácie DNA, modifikácií histónov atď. Tieto modifikácie môžu meniť hladiny génovej transkripcie, aktivitu promótora atď., čím ovplyvňujú aktivitu neurónov a vzájomné prepojenia. Výskum zistil, že tvorba a uchovávanie pamäte súvisí s regulačnými mechanizmami, ako je modifikácia histónov a metylácia DNA.

Stručne povedané, bunkové mechanizmy hrajú rozhodujúcu úlohu pri vytváraní a uchovávaní pamäte, a to nielen prostredníctvom synaptickej plasticity, modulácie neurotransmiterov a epigenetickej regulácie, ale aj prostredníctvom mnohých ďalších mechanizmov. Preto by sme mali pozorne študovať tieto mechanizmy a pochopiť ich funkcie a spôsoby pôsobenia, aby sme tieto mechanizmy lepšie využili a podporili zlepšenie našej pamäte. Je vidieť, že si musíme zlepšiť pamäť. Cistanche deserticola môže výrazne zlepšiť pamäť, pretože Cistanche deserticola dokáže regulovať aj rovnováhu neurotransmiterov, ako je zvýšenie hladín acetylcholínu a rastových faktorov. Tieto látky sú veľmi dôležité pre pamäť a učenie. Okrem toho môže mäso zlepšiť aj prietok krvi a podporovať prísun kyslíka, čo môže zabezpečiť, že mozog dostane dostatok živín a energie, čím sa zlepší mozgová vitalita a vytrvalosť.

Kliknite na vedieť doplnky na zlepšenie pamäte

Nedávny článok Barbosa a kolegov prevracia závery vplyvnej štúdie Wolffa a kolegov, ktorá dospela k záveru, že pracovná pamäť môže byť udržiavaná v skrytom stave prechodnou plasticitou synaptických spojení, ktoré tvoria dynamické súbory neurónov dočasne kódujúcich informácie. Opätovná analýza údajov odhaľuje, že v záznamoch EEG existuje pretrvávajúci elektricky aktívny podpis, ktorý sa udržiava počas trvania pracovnej pamäte.

Táto analýza pridáva k veľkému množstvu dôkazov, ktoré naznačujú, že pracovná pamäť je zakódovaná nepretržitým akčným potenciálom.

Niekoľko štúdií však ukazuje, že nevedomé (bez dozoru) pracovné spomienky možno vyvolať aj pri absencii merateľnej nervovej aktivity, čo naznačuje, že môžu byť zahrnuté elektricky tiché mechanizmy. Testovanie tejto hypotézy je problematické vzhľadom na to, že nepredpokladá žiadne vzplanutie neurónov, ktoré by sa dalo ľahko zmerať.

Kľúčové slová

Pracovná pamäť, pozornosť, skryté stavy, podprahové vnímanie, synaptická plasticita, EEG, fMRI a krátkodobá pamäť.

Na rozdiel od iných foriem pamäte, ktoré si uchovávajú minulé skúsenosti pre budúce vyvolanie, pracovná pamäť uchováva informácie v reálnom čase pri vykonávaní úlohy. Bunkové mechanizmy pracovnej pamäte sa tiež môžu líšiť od iných foriem pamäte a toto je predmetom prebiehajúceho výskumu.

Pracovná pamäť má veľmi obmedzenú kapacitu a krátke trvanie (prehľad pozri Linden 2007), ale táto schopnosť je nevyhnutná pre rôzne kognitívne funkcie a správanie. Je hlavnou zložkou inteligencie a pracovná pamäť je často znížená v dôsledku starnutia, choroby alebo intoxikácie.

Existujú dve hlavné teórie mechanizmu pracovnej pamäte; každý z nich je podporovaný elektrofyziologickými a funkčnými údajmi zo zobrazovania mozgu. Nedávna štúdia (Barbosa a ďalší, 2021) prevracia závery kľúčovej štúdie (Wolff a ďalší, 2017), ktorá podporila teóriu, že pracovná pamäť závisí od synaptickej plasticity závislej od aktivity.

Toto sa nedosiahlo vykonaním nových experimentov, ale namiesto toho opätovnou analýzou údajov zo skoršieho článku. Použitím nových analytických prístupov na opätovnú analýzu pôvodných údajov našli autori dôkazy podporujúce alternatívnu hypotézu.

Dve teórie pracovnej pamäte

Dve teórie mechanizmu pracovnej pamäte sú „aktivita-tiché neurónové siete“ a „trvalá aktivita“. Prvý navrhuje, že synaptická plasticita závislá od aktivity spája neuróny funkčne do prechodných nervových súborov, ktoré kódujú zážitok (GoldmanRakic ​​1995). Podľa tejto teórie plasticita závislá od načasovania špičiek poháňa prechodné biochemické zmeny na jednotlivých synapsiách, ktoré zvyšujú alebo znižujú signalizáciu neurotransmiterov, aby vytvorili dynamické neurónové siete, ktoré si uchovávajú skúsenosti.

Intracelulárna dynamika vápnika, ktorá ovplyvňuje synaptický prenos, by mohla byť dostatočná na vytvorenie prechodných nervových zostáv, ktoré sú dynamicky modifikované novými informáciami (Mongillo a ďalší, 2008). Tieto rýchle zmeny v synaptickej sile závislé od aktivity rýchlo ustúpia; funkčné spojenie neurónových sietí sa rozplynie a pracovná pamäť sa stratí.

Dočasné ukladanie informácií do pracovnej pamäte krátkymi zmenami v synaptickej sile by umožnilo rýchle zakódovanie informácií, ktoré možno dynamicky aktualizovať, aby sa v pamäti uchovávali nové informácie v reálnom čase. Dôležité je, že synapticky spojené neurónové siete sú elektricky tiché. To znamená, že informácie zakódované v neurónových sieťach sa reaktivujú počas vyvolávania, podobne ako sa ukladajú a vyvolávajú krátkodobé a dlhodobé pamäte, nie udržiavaním akčného potenciálu spúšťaním v týchto obvodoch.

Alternatívnou hypotézou je, že pracovná pamäť je udržiavaná vytrvalým spúšťaním akčného potenciálu. Nepretržité spúšťanie akčných potenciálov by bolo nepravdepodobným a energeticky neefektívnym spôsobom uchovávania informácií na dlhé obdobia, ale keďže pracovná pamäť funguje v reálnom čase a pretrváva len niekoľko sekúnd, mechanizmy synaptickej plasticity ukladania a vybavovania informácií, ktoré sú zodpovedné za krátkodobé a dlhodobé pamäť nemusí byť potrebná.

Namiesto toho by trvalé spúšťanie akčného potenciálu v neurónových sieťach, ktoré sú zodpovedné za vnímanie a spracovanie informácií, mohlo zachovať informácie na bezprostredný účel vykonania špecifickej kognitívnej úlohy. V skutočnosti, ak existuje vedomé uvedomenie si udalosti počas vykonávania správania, možno očakávať trvalé spúšťanie akčného potenciálu v kortikálnych okruhoch.

Existujú dlhotrvajúce dôkazy o trvalom vystrelení akčného potenciálu počas obdobia oneskorenia pred vyvolaním pracovnej pamäte. Prefrontálny kortex je centrom pracovnej pamäte, pretože tu sa kombinujú rôzne aspekty zmyslovej skúsenosti, aby vytvorili koherentnú schému. Priekopnícke štúdie na primátoch (okrem človeka) potvrdili dôležitosť prefrontálneho kortexu v pracovnej pamäti (Butters a Pandya 1969) a elektrofyziologické záznamy v 70. rokoch odhalili neurónové spaľovanie v prefrontálnom kortexe opíc, ktoré trvalo počas úlohy pracovnej pamäte (Fuster a Alexander 1971).

Podobne zvýšená aktivita pretrvávajúca počas obdobia oneskorenia úloh pracovnej pamäte bola tiež preukázaná funkčnou magnetickou rezonanciou (fMRI; Courtney a ďalší 1997) a elektroencefalografiou (EEG; Foster a ďalší, 2016) štúdiami na ľuďoch. Senzorická kôra a iné oblasti mozgu môžu vykazovať podobné správanie.

Jednou z ťažkostí však je, že takáto vytrvalá aktivita by mohla byť doplnkom základného mechanizmu pracovnej pamäte; mohla by napríklad odrážať neuralaktivitu súvisiacu s pozornosťou (Lewis-Peacock a ďalší, 2012). Iné štúdie skutočne ukázali, že nervová aktivita môže počas obdobia oneskorenia pred odvolaním narastať a slabnúť. Nervová aktivita často klesá na základnú líniu a obnovuje svoju silu ku koncu obdobia oneskorenia, ktoré je potrebné na vykonanie opakovanej úlohy (Barak a ďalší, 2010).

Spoločne tieto štúdie naznačujú, že aj keď pretrvávajúce spaľovanie akčného potenciálu môže sprevádzať pracovnú pamäť, v niektorých prípadoch môžu iné elektricky tiché mechanizmy zachovať pracovnú pamäť. Jedným šetrným vysvetlením je, že prevádzkované pracovné spomienky (tie, ktoré sú uchované vo vedomom vedomí) a bezobslužné (nevedomé) pracovné spomienky môžu fungovať prostredníctvom rôznych bunkových mechanizmov.

Attended versus UnnattendedWorking Memory

Pracovnú pamäť je možné udržiavať bez vedomia a potom si ju vyvolať po vhodnom podnete, ako keď človek zabudne na tok myšlienok v rozhovore, ale potom si ju okamžite vybaví, keď si spomenie na to, čo bolo povedané len pár sekúnd predtým.

Na podporu tohto môže jediný impulz TMS (transkraniálna magnetická stimulácia) obnoviť stratenú vizuálnu pracovnú pamäť v štúdiách na ľuďoch a zvýšiť úrovne nervovej aktivity zistené pomocou fMRI a EEG, ktoré naznačujú vyvolanie pamäte (Rose a ďalší, 2016). To podporuje hypotézu, že bezobslužné spomienky sú uložené inými mechanizmami, ako je spúšťanie trvalého akčného potenciálu.

V týchto experimentoch sú účastníkom prezentované súčasne dva objekty na obrazovke počítača. Po krátkom meškaní im bolo povedané, na koho z tých dvoch si majú pamätať. Takto vyvolaný obraz sa stáva stredobodom pozornosti a udržiava sa v stave obsluhovanej pracovnej pamäte.

Bola identifikovaná zvýšená neurálna odozva detegovaná fMRI a EEG v samostatných experimentoch, ktorá zodpovedala tomu, kedy bol obraz rozpoznaný.

For more information:1950477648nn@gmail.com