Ik herinner me nog de actiefilm "Johnny the Mnemonic". Daar implanteerde K. Reeves een flashdrive in de hersenen en uploadde daar ongemeten hoeveelheden informatie. Wat is het gaaf om alles te onthouden! Maar Sherlock Holmes noemde het geheugen - de zolder. Als je alles daar weggooit en jarenlang opslaat, zal het onmogelijk zijn om het daar snel te vinden, en misschien zal het helemaal niet werken. Daarom herinnerde hij zich alleen wat hij nodig had in zijn werk.
Tegenwoordig kan zelfs het antwoord op de fundamentele vraag - wat is geheugen in tijd en ruimte - voornamelijk bestaan uit hypothesen en aannames. Als we het over ruimte hebben, is het nog steeds niet erg duidelijk hoe het geheugen is georganiseerd en waar het zich precies in de hersenen bevindt. Wetenschappelijke gegevens suggereren dat de elementen ervan overal aanwezig zijn, in elk van de gebieden van onze "grijze stof".
Bovendien kan een en dezelfde, schijnbaar, informatie op verschillende plaatsen in het geheugen worden geschreven.
Het is bijvoorbeeld vastgesteld dat ruimtelijk geheugen (wanneer we ons een bepaalde omgeving voor de eerste keer herinneren - een kamer, straat, landschap) wordt geassocieerd met een hersengebied dat de hippocampus wordt genoemd. Als we deze situatie bijvoorbeeld tien jaar later uit ons geheugen proberen te krijgen, dan wordt deze herinnering al uit een heel ander gebied gehaald. Ja, het geheugen kan binnen de hersenen bewegen, en dit proefschrift wordt het best geïllustreerd door een experiment dat ooit met kippen is uitgevoerd. Imprinting speelt een belangrijke rol in het leven van pas uitgekomen kippen - direct leren (en geheugenplaatsing is leren). Een kip ziet bijvoorbeeld een groot bewegend object en meteen "afdrukken" in de hersenen: dit is een moederkip, je moet haar volgen. Maar als na vijf dagen het deel van de hersenen dat verantwoordelijk is voor het afdrukken van de kip wordt verwijderd, blijkt dat … de gememoriseerde vaardigheid nergens heen is gegaan. Het is naar een ander gebied verhuisd, en dit bewijst dat er één opslagplaats is voor onmiddellijke leerresultaten en een andere voor opslag op lange termijn.
We herinneren ons met plezier
Maar het is zelfs nog verbazingwekkender dat de hersenen niet zo'n duidelijke volgorde van geheugenbewegingen van operationeel naar permanent hebben, zoals bij een computer. Werkgeheugen, dat onmiddellijke sensaties registreert, triggert tegelijkertijd andere geheugenmechanismen - middellange en lange termijn. Maar de hersenen zijn een energie-intensief systeem en proberen daarom het gebruik van hun bronnen, inclusief geheugen, te optimaliseren. Daarom heeft de natuur een meertraps systeem gecreëerd. Het werkgeheugen wordt snel gevormd en net zo snel vernietigd - hiervoor is een speciaal mechanisme. Maar echt belangrijke gebeurtenissen worden geregistreerd voor langdurige opslag, terwijl hun belang wordt benadrukt door emotie, houding ten opzichte van informatie.
Promotie video:
Op fysiologisch niveau is emotie de activering van de krachtigste biochemische modulerende systemen. Deze systemen maken hormonen-mediatoren vrij die de biochemie van het geheugen in de goede richting veranderen. Onder hen bevinden zich bijvoorbeeld verschillende plezierhormonen, waarvan de namen niet zozeer aan neurofysiologie doen denken als wel aan de criminele kroniek: dit zijn morfines, opioïden, cannabinoïden - dat wil zeggen, medicijnen die door ons lichaam worden geproduceerd. In het bijzonder worden endocannabinoïden rechtstreeks gegenereerd bij synapsen - de contacten van zenuwcellen. Ze beïnvloeden de doeltreffendheid van deze contacten en "moedigen" aldus het vastleggen van deze of gene informatie in het geheugen aan. Andere stoffen uit het aantal hormoonmediatoren kunnen daarentegen het proces van gegevensoverdracht van werkgeheugen naar langetermijngeheugen onderdrukken.
De mechanismen van emotionele, dat wil zeggen biochemische geheugenversterking worden nu actief bestudeerd. Het enige probleem is dat dit soort laboratoriumonderzoek alleen op dieren kan worden uitgevoerd, maar hoeveel kan een laboratoriumrat ons vertellen over zijn emoties?
Als we iets in ons geheugen hebben opgeslagen, is het soms tijd om deze informatie te onthouden, dat wil zeggen om het uit het geheugen te halen. Maar is het woord "extract" correct? Blijkbaar niet veel. Het lijkt erop dat geheugenmechanismen geen informatie ophalen, maar deze opnieuw genereren. Er zit geen informatie in deze mechanismen, net zoals er geen stem of muziek in de "hardware" van een radio-ontvanger zit. Maar alles is duidelijk met de ontvanger - deze verwerkt en converteert het ontvangen elektromagnetische signaal naar de antenne. Wat voor soort "signaal" wordt verwerkt bij het extraheren van geheugen, waar en hoe deze gegevens worden opgeslagen, is nog steeds erg moeilijk te zeggen. Het is echter al bekend dat tijdens het herinneren het geheugen wordt herschreven, gewijzigd, of dit gebeurt tenminste met sommige soorten geheugen.
Geen elektriciteit, maar chemie
Op zoek naar een antwoord op de vraag hoe je het geheugen kunt wijzigen of zelfs wissen, zijn er de afgelopen jaren belangrijke ontdekkingen gedaan en zijn er een aantal werken verschenen over het "geheugenmolecuul".
In feite hebben ze gedurende tweehonderd jaar geprobeerd om zo'n molecuul, of in ieder geval een materiële drager van gedachten en geheugen, te isoleren, maar zonder veel succes. Uiteindelijk kwamen neurofysiologen tot de conclusie dat er niets specifieks is voor geheugen in de hersenen: er zijn 100 miljard neuronen, er zijn 10 biljard verbindingen tussen hen, en ergens in dit kosmische netwerk zijn geheugen, gedachten en gedrag uniform gecodeerd. Er zijn pogingen gedaan om bepaalde chemicaliën in de hersenen te blokkeren en dit heeft geleid tot een verandering in het geheugen, maar ook tot een verandering in het functioneren van het hele lichaam. Pas in 2006 verschenen de eerste werken aan het biochemische systeem, dat erg specifiek lijkt te zijn voor het geheugen. Haar blokkade veroorzaakte geen verandering in gedrag of leervermogen - alleen het verlies van een deel van haar geheugen. Bijvoorbeeld de herinnering aan de situatie,als de blokker in de hippocampus is geïnjecteerd. Of een emotionele schok als een blokker in de amygdala werd geïnjecteerd. Het gevonden biochemische systeem is een eiwit, een enzym genaamd proteïnekinase M-zeta, dat andere proteïnen controleert.
Een van de belangrijkste problemen van neurofysiologie - het onvermogen om experimenten op mensen uit te voeren. Maar zelfs bij primitieve dieren zijn de basale geheugenmechanismen vergelijkbaar met de onze.
Het molecuul werkt op de plaats van synaptisch contact - contact tussen neuronen in de hersenen. Hier moeten we een belangrijke uitweiding maken en de details van deze contacten verduidelijken. De hersenen worden vaak vergeleken met een computer, en daarom denken veel mensen dat de verbindingen tussen neuronen, die alles creëren wat we denken en geheugen noemen, puur elektrisch van aard zijn. Maar dit is niet het geval. De taal van synapsen is chemie, hier interageren sommige uitgescheiden moleculen, zoals een sleutel met een slot, met andere moleculen (receptoren), en pas dan beginnen elektrische processen. De efficiëntie en hoge doorvoer van de synaps hangt af van het aantal specifieke receptoren dat via de zenuwcel naar de contactplaats wordt gebracht.
Eiwit met bijzondere eigenschappenEiwitkinase M-zeta regelt alleen de afgifte van receptoren aan de synaps en verhoogt dus de efficiëntie ervan. Wanneer deze moleculen tegelijkertijd in tienduizenden synapsen worden aangezet, vindt signaalomleiding plaats en veranderen de algemene eigenschappen van een bepaald netwerk van neuronen. Dit alles zegt ons weinig over hoe veranderingen in het geheugen worden gecodeerd in deze herroutering, maar één ding is zeker: als de proteïne kinase M-zeta wordt geblokkeerd, wordt het geheugen gewist, omdat de chemische bindingen die ervoor zorgen niet zullen werken. Het nieuw ontdekte "molecuul" geheugen heeft een aantal interessante kenmerken.
Ten eerste is het in staat tot zelfreproductie. Als door het leren (dat wil zeggen, het ontvangen van nieuwe informatie) een bepaald supplement in de vorm van een bepaalde hoeveelheid proteïnekinase M-zeta in de synaps wordt gevormd, dan kan deze hoeveelheid daar heel lang blijven, ondanks het feit dat dit proteïnemolecuul in drie tot vier dagen uiteenvalt. Op de een of andere manier mobiliseert het molecuul de bronnen van de cel en zorgt het voor de synthese en levering van nieuwe moleculen naar de plaats van synaptisch contact om de resterende moleculen te vervangen.
Ten tweede is een van de meest interessante kenmerken van het M-zeta-proteïnekinase de blokkering ervan. Toen de onderzoekers een stof nodig hadden voor experimenten om het geheugen "molecuul" te blokkeren, "lazen" ze simpelweg het gedeelte van haar gen, dat codeert voor haar eigen peptideblokker, en synthetiseerden het. Deze blocker wordt echter nooit door de cel zelf geproduceerd en voor welk doel de evolutie zijn code in het genoom heeft achtergelaten, is onduidelijk.
Het derde belangrijke kenmerk van het molecuul is dat zowel het als de blokkerende stof er bijna identiek uitziet voor alle levende wezens met een zenuwstelsel. Dit geeft aan dat we in de persoon van proteïnekinase M-zeta te maken hebben met het oudste adaptieve mechanisme waarop het menselijk geheugen is gebouwd.
Proteïne-kinase M-zeta is natuurlijk geen "geheugenmolecuul" in de zin waarin wetenschappers uit het verleden het hoopten te vinden. Het is geen materiële drager van opgeslagen informatie, maar fungeert uiteraard als een belangrijke regulator van de effectiviteit van verbindingen in de hersenen, en initieert het ontstaan van nieuwe configuraties als resultaat van leren.
Contact maken
Experimenten met de blokkering van proteïnekinase M-zeta hebben in zekere zin het karakter van "door het gebied schieten". De stof wordt met behulp van een heel dunne naald in bepaalde delen van de hersenen van proefdieren geïnjecteerd en schakelt zo het geheugen in grote functionele blokken uit. De grenzen van de penetratie van de blocker zijn niet altijd duidelijk, evenals de concentratie in het gebied van de locatie die als doelwit is gekozen. Daardoor leveren niet alle experimenten op dit gebied eenduidige resultaten op.
Een goed begrip van de processen die in het geheugen plaatsvinden, kan worden verkregen door te werken op het niveau van individuele synapsen, maar dit vereist gerichte levering van een blokker in contact tussen neuronen. Tegenwoordig is het onmogelijk, maar aangezien een dergelijke taak voor de wetenschap staat, zullen vroeg of laat de tools voor de oplossing ervan verschijnen. Bijzondere hoop is gevestigd op optogenetica. Het is vastgesteld dat een cel waarin het vermogen om een lichtgevoelig eiwit te synthetiseren is ingebouwd door genetische manipulatiemethoden, kan worden bestuurd met een laserstraal. En als dergelijke manipulaties op het niveau van levende organismen nog niet zijn uitgevoerd, wordt er al iets soortgelijks gedaan op basis van gekweekte celculturen, en de resultaten zijn zeer indrukwekkend.
Auteur - Doctor in de biologische wetenschappen, corresponderend lid van de Russische Academie van Wetenschappen, professor, directeur van de IVNDiNF RAS
