Zagadka pamięci roboczej: zmiana poglądów, część 1

Abstrakcyjny

Pamięć robocza cieszy się dużym zainteresowaniem ze względu na jej znaczenie dla funkcji poznawczych, jej związek ze świadomością i upośledzenia w przebiegu choroby, ale mechanizmy komórkowe pozostają nieuchwytne i kontrowersyjne.

Mechanizmy komórkowe są nierozerwalnie związane z pamięcią. Badania pokazują, że tworzenie i utrwalanie pamięci są powiązane z aktywnością neuronów. Mechanizmy komórkowe są podstawowymi jednostkami budującymi neurony, dlatego ich funkcja, struktura i regulacja mają istotny wpływ na tworzenie i zachowanie pamięci. Poniżej przedstawiony zostanie proces tworzenia, utrwalania i zapominania pamięci z perspektywy mechanizmów komórkowych.

Tworzenie pamięci opiera się głównie na zmianach w synapsach. Synapsy są kluczowymi elementami komunikacji między neuronami. Ich połączenia nie tylko determinują powstawanie i funkcję sieci neuronowych, ale są także głównym miejscem kształtowania się pamięci. Badania wykazały, że siłę i liczbę połączeń synaptycznych można zwiększyć poprzez trening i uczenie się, co nazywa się plastycznością synaptyczną. Plastyczność synaptyczna obejmuje głównie długotrwałe wzmocnienie (LTP) i długoterminową depresję (LTD). LTP może przedłużyć pobudliwość neuronów, zwiększyć aktywność neuronów i promować tworzenie pamięci. Wręcz przeciwnie, LTD może osłabiać aktywność neuronów, prowadząc do zapomnienia i wyginięcia. Plastyczność synaptyczna jest zatem kluczem do tworzenia i zachowania pamięci.

Mechanizmy komórkowe również odgrywają ważną rolę w tworzeniu i zachowywaniu pamięci poprzez neuroprzekaźniki. Neuroprzekaźniki to sygnały chemiczne komunikujące się między neuronami i regulujące aktywność neuronową oraz plastyczność synaptyczną. Wcześniejsze badania wykazały, że dopamina jest ważnym neuroprzekaźnikiem w tworzeniu i zachowywaniu pamięci. Dopamina może sprzyjać tworzeniu się LTP i zapobiegać występowaniu LTD, wzmacniając w ten sposób połączenia między neuronami i promując tworzenie i zachowanie pamięci.

Ponadto mechanizmy komórkowe wpływają również na tworzenie i zachowanie pamięci poprzez regulację epigenetyczną. Epigenetyka odnosi się do zjawisk genetycznych wpływających na ekspresję genów, w tym na metylację DNA, modyfikacje histonów itp. Modyfikacje te mogą zmieniać poziom transkrypcji genów, aktywność promotora itp., wpływając w ten sposób na aktywność neuronów i wzajemne połączenia. Badania wykazały, że tworzenie i zachowanie pamięci są powiązane z mechanizmami regulacyjnymi, takimi jak modyfikacja histonów i metylacja DNA.

Podsumowując, mechanizmy komórkowe odgrywają kluczową rolę w tworzeniu i zachowywaniu pamięci, nie tylko poprzez plastyczność synaptyczną, modulację neuroprzekaźników i regulację epigenetyczną, ale także poprzez wiele innych mechanizmów. Dlatego powinniśmy dokładnie przestudiować te mechanizmy i zrozumieć ich funkcje i sposoby działania, aby lepiej wykorzystać te mechanizmy i sprzyjać poprawie naszej pamięci. Widać, że musimy poprawić naszą pamięć. Cistanche desericola może znacznie poprawić pamięć, ponieważ Cistanche desericola może również regulować równowagę neuroprzekaźników, np. zwiększać poziom acetylocholiny i czynników wzrostu. Substancje te są bardzo ważne dla pamięci i uczenia się. Ponadto mięso może również poprawić przepływ krwi i wspomagać dostarczanie tlenu, co może zapewnić mózgowi odpowiednią ilość składników odżywczych i energii, poprawiając w ten sposób jego witalność i wytrzymałość.

improve cognitive function

Kliknij Poznaj suplementy poprawiające pamięć

Niedawny artykuł Barbosa i współpracowników obala wnioski z wpływowego badania Wolffa i współpracowników, z którego wynika, że pamięć robocza może być utrzymywana w stanie ukrytym dzięki przejściowej plastyczności połączeń synaptycznych, które tworzą dynamiczne zespoły neuronów tymczasowo kodujących informacje. Ponowna analiza danych ujawnia, że w zapisach EEG występuje trwała elektrycznie aktywna sygnatura, która utrzymuje się przez cały czas trwania pamięci roboczej.

Ta ponowna analiza stanowi uzupełnienie dużej ilości dowodów wskazujących, że pamięć robocza jest kodowana przez ciągłe wyzwalanie potencjału czynnościowego.

Jednakże kilka badań pokazuje, że nieświadome (nienadzorowane) wspomnienia robocze można przywołać nawet w przypadku braku mierzalnej aktywności neuronowej, co sugeruje, że w grę mogą wchodzić mechanizmy ciche elektrycznie. Testowanie tej hipotezy jest problematyczne, biorąc pod uwagę, że zakłada ona brak odpalania neuronów, który można by łatwo zmierzyć.

Słowa kluczowe

Pamięć robocza, uwaga, stany ukryte, percepcja podprogowa, plastyczność synaptyczna, EEG, fMRI i pamięć krótkotrwała.

W przeciwieństwie do innych form pamięci, które przechowują przeszłe doświadczenia do przypomnienia w przyszłości, pamięć robocza przechowuje informacje w czasie rzeczywistym podczas wykonywania zadania. Komórkowe mechanizmy pamięci roboczej mogą również różnić się od innych form pamięci, co jest przedmiotem ciągłych badań.

Pamięć robocza ma bardzo ograniczoną pojemność i krótki czas trwania (przegląd, patrz Linden 2007), ale zdolność ta jest niezbędna dla różnorodnych funkcji poznawczych i zachowań. Jest głównym składnikiem inteligencji, a pamięć robocza często ulega osłabieniu w wyniku upośledzenia spowodowanego starzeniem się, chorobą lub zatruciem.

Istnieją dwie wiodące teorie dotyczące mechanizmu pamięci roboczej; każde z nich jest poparte danymi elektrofizjologicznymi i funkcjonalnymi z obrazowania mózgu. Niedawne badanie (Barbosa i in. 2021) obala wnioski z przełomowego badania (Wolff i in. 2017), które potwierdziło teorię, że pamięć robocza jest zależna od plastyczności synaptycznej zależnej od aktywności.

Nie osiągnięto tego poprzez przeprowadzenie nowych eksperymentów, ale zamiast tego poprzez ponowną analizę danych z wcześniejszej pracy. Wykorzystując nowe podejścia analityczne do ponownej analizy oryginalnych danych, autorzy znajdują dowody potwierdzające alternatywną hipotezę.

ways to improve your memory

Dwie teorie pamięci roboczej

Dwie teorie dotyczące mechanizmu pamięci roboczej to „sieci neuronowe wyciszające aktywność” i „aktywność ciągła”. Pierwsza zakłada, że zależna od aktywności plastyczność synaptyczna łączy neurony funkcjonalnie w przejściowe zespoły neuronowe, które kodują doświadczenie (GoldmanRakic 1995). Zgodnie z tą teorią plastyczność zależna od czasu impulsu napędza przejściowe zmiany biochemiczne w poszczególnych synapsach, które zwiększają lub zmniejszają sygnalizację neuroprzekaźników, tworząc dynamiczne sieci neuronowe, które zachowują doświadczenie.

Wewnątrzkomórkowa dynamika wapnia wpływająca na transmisję synaptyczną może wystarczyć do utworzenia przejściowych zespołów neuronowych, które są dynamicznie modyfikowane przez nowe informacje (Mongillo i inni 2008). Szybko te szybkie, zależne od aktywności zmiany w sile synaptycznej ustępują; Funkcjonalne sprzężenie sieci neuronowych rozwiązuje się, a pamięć robocza zostaje utracona.

Tymczasowe przechowywanie informacji w pamięci roboczej poprzez krótkie zmiany siły synaptycznej umożliwiłoby szybkie kodowanie informacji, które można dynamicznie aktualizować w celu utrzymania nowych informacji w pamięci w czasie rzeczywistym. Co ważne, sieci neuronowe połączone synaptycznie są ciche elektrycznie. Oznacza to, że informacje zakodowane w sieciach neuronowych są reaktywowane podczas przywoływania, podobnie jak przechowywanie i przywoływanie wspomnień krótko- i długoterminowych, a nie poprzez utrzymywanie wyładowań potencjału czynnościowego w tych obwodach.

Alternatywna hipoteza głosi, że pamięć robocza jest podtrzymywana przez trwałe wyzwalanie potencjału czynnościowego. Ciągłe wyzwalanie potencjałów czynnościowych byłoby nieprawdopodobnym i energetycznie nieefektywnym sposobem przechowywania informacji przez długi czas, ale ponieważ pamięć robocza działa w czasie rzeczywistym i utrzymuje się tylko przez kilka sekund, mechanizmy plastyczności synaptycznej przechowywania i przypominania informacji, które są odpowiedzialne za krótko- i długoterminowe pamięć może nie być konieczna.

Zamiast tego ciągłe wyzwalanie potencjału czynnościowego w sieciach neuronowych odpowiedzialnych za percepcję i przetwarzanie informacji mogłoby utrzymać informację w bezpośrednim celu wykonania określonego zadania poznawczego. Rzeczywiście, jeśli w trakcie wykonywania zachowania istnieje świadomość zdarzenia, można spodziewać się trwałego wyładowania potencjału czynnościowego w obwodach korowych.

Istnieją długotrwałe dowody na utrzymujące się wyzwalanie potencjałów czynnościowych w okresie opóźnienia przed przywołaniem pamięci roboczej. Kora przedczołowa jest ośrodkiem pamięci roboczej, ponieważ w tym miejscu różne aspekty doświadczeń zmysłowych łączą się, tworząc spójny schemat. Pionierskie badania na naczelnych innych niż ludzie ustaliły znaczenie kory przedczołowej w pamięci roboczej (Butters i Pandya 1969), a nagrania elektrofizjologiczne z lat 70. XX wieku ujawniły odpalanie neuronów w korze przedczołowej małp, utrzymujące się przez czas trwania zadania pamięci roboczej (Fuster i Alexander 1971).

Podobnie zwiększoną aktywność utrzymującą się w okresie opóźnienia w zadaniach pamięci roboczej wykazano także w badaniach funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI; Courtney i in. 1997) i elektroencefalografii (EEG; Foster i in. 2016) na ludziach. Kora czuciowa i inne obszary mózgu mogą wykazywać takie objawy. podobne zachowanie.

improve brain

Trudność polega jednak na tym, że taka trwała aktywność może mieć charakter pomocniczy w stosunku do podstawowego mechanizmu pamięci roboczej; na przykład może odzwierciedlać aktywność neuronalną związaną z uwagą (Lewis-Peacock i in. 2012). Rzeczywiście, inne badania wykazały, że aktywność neuronowa może rosnąć i słabnąć w okresie opóźnienia przed przypomnieniem. Często aktywność neuronowa spada do wartości wyjściowej i odbudowuje się pod koniec okresu opóźnienia, w oczekiwaniu na przypomnienie potrzebne do wykonania powtarzalnego zadania (Barak i in. 2010).

Łącznie badania te sugerują, że chociaż trwałe wyzwalanie potencjału czynnościowego może oddziaływać na pamięć roboczą, inne, ciche elektrycznie mechanizmy mogą w niektórych przypadkach zatrzymywać pamięć roboczą. Jednym z oszczędnych wyjaśnień jest to, że obsłużone wspomnienia robocze (te zachowane w świadomej świadomości) i nienadzorowane (nieświadome) wspomnienia robocze mogą działać poprzez różne mechanizmy komórkowe.

Pamięć robocza nadzorowana i nienadzorowana

Pamięć roboczą można utrzymywać bez świadomości, a następnie przywoływać ją po odpowiednim sygnale, tak jak wtedy, gdy ktoś zapomina o toku myślenia podczas rozmowy, ale potem przywołuje ją natychmiast, gdy przypomina się o tym, co zostało powiedziane zaledwie kilka sekund wcześniej.

Na poparcie tej tezy pojedynczy impuls TMS (przezczaszkowa stymulacja magnetyczna) może przywrócić utraconą wzrokową pamięć roboczą w badaniach na ludziach i zwiększyć poziom aktywności nerwowej wykrytych za pomocą fMRI i EEG, które wskazują na przywołanie pamięci (Rose i inni 2016). Potwierdza to hipotezę, że wspomnienia bez nadzoru są przechowywane przez mechanizmy inne niż trwałe wyzwalanie potencjału czynnościowego.

W tych eksperymentach uczestnikom prezentowane są jednocześnie dwa obiekty na ekranie komputera. Po krótkiej chwili powiedziano im, które z nich mają zapamiętać. W ten sposób wywołany obraz staje się przedmiotem uwagi i jest utrzymywany w stanie nadzorowanej pamięci roboczej.

improve memory