ადამიანის თავის ტვინში 86 მილიარდი ნეირონია, ათასობით ნეირონული კავშირით, რაც ასობით ტრილიონ სინაფსს ქმნის. სინაფსები — ნეირონების დაკავშირების წერტილი — მეხსიერებას ინახავენ. ტვინში კოლოსალურად დიდი რაოდენობით ნეირონებისა და სინაფსების არსებობა კონკრეტული მეხსიერების შენახვის ადგილის მოძიებას წარმოუდგენელ სამეცნიერო გამოწვევად აქცევს.

ჩვენი მეხსიერების ფორმირების გაგება დაგვეხმარება ჩვენი თავის უკეთ შესწავლასა და ჩვენი მენტალური სიმახვილის სიმთელის შენარჩუნებაში. მეხსიერება აყალიბებს ჩვენს იდენტობას და მისი გაუარესება შესაძლოა, ტვინის დაავადებებზე მეტყველებდეს. ალცჰაიმერის დაავადების დროს ადამიანები საკუთარ მეხსიერებას სინაფსების დეგრადირების გამო კარგავენ; დამოკიდებულება აქვეითებს ტვინის სწავლისა და მეხსიერების ზონებს; და ზოგიერთი მენტალური მდგომარეობა, მაგალითად, დეპრესია, მეხსიერების დაქვეითებასთან ასოცირდებიან.

ნეირომეცნიერებამ მრავალი გზით აჩვენა მეხსიერების ბუნება, მაგრამ, ამავე დროს, მეხსიერებაზე წარმოდგენაც სრულად შეცვალა. ქვემოთ დასმული ხუთი შეკითხვა დაგვეხმარება იმის გაგებაში, რა ვიცით მეხსიერებაზე და კიდევ რისი შესწავლა დაგვრჩა.

შეგვიძლია ტვინში მეხსიერების დანახვა?

ნეირომეცნიერები მეხსიერების ძირითად კონტურებს ტვინში ათწლეულების მანძილზე აკვირდებოდნენ. თუმცა მხოლოდ ბოლო წლებში მოახერხეს მათ მეხსიერების ფიზიკური რეპრეზენტაციის დანახვა, რასაც მეხსიერების ენგრამა ეწოდება. ენგრამა დაკავშირებული ნეირონების ქსელში ინახება და შესაძლებელია, ისე გაკეთდეს, რომ ნეირონები, რომლებიც ენგარამას მოიცავენ, გაანათონ და ამგვარად სპეციალურ მიკროსკოპში გამოჩნდნენ.

დღეს ნეირომეცნიერებს ენგრამებით მანიპულირება შეუძლიათ მათი ქსელის ხელოვნურად აქტივაციითა და მასში ახალი ინფორმაციის ჩადებით. ეს ტექნიკა იმასაც ხდის ნათელს, თუ როგორ მუშაობს მეხსიერების სხვადასხვა ფორმა და სად ინახება თითოეული ტვინში.

ეპიზოდური აუტობიოგრაფიული მეხსიერება დაკავებულია იმით, თუ რა მოხდა, სად და როდის. ის ეფუძნება ჰიპოკამპუსს, ზღვის ცხენის ფორმის სტრუქტურას. პროცედურული მეხსიერება, რომელიც ბაზალურ განგლინას ეფუძნება, გვეხმარება იმის გახსენებაში, თუ როგორ უნდა შევასრულოთ ჩვევითი ქცევები — მაგალითად, ცხენზე ჯირითი. ეს რეგიონი გაუმართავად მუშაობს იმ ადამიანებში, რომელთაც დამოკიდებულებები აქვთ. ჩვენი უნარი, რომ აღვიდგინოთ ფაქტები, მაგალითად ქვეყნის დედაქალაქი, არის სემანტიკური მეხსიერების წყალობით, რომელიც კორტექსში ინახება.

რომელი ხელსაწყოებით ვხედავთ მეხსიერებას?

მეხცრამეტე საუკუნის მიწურულს სამაგიდო მიკროსკოპით შესაძლებელი გახდა ცალკეული ნეირონების დანახვა, რითაც ტვინის გასაოცრად დეტალური რეპრეზენტაცია მოხერხდა. მეოცე საუკუნის შუა ხანებში მძლავრმა ელექტრონულმა მიკროსკოპმა აჩვენა ათობით ნანომეტრი სიგანის (ვირუსული ნაწილაკის ზომის) სინაფსური სტრუქტურები. 21-ე საუკუნეში კი ნეირომეცნიერები უკვე ორი პროტონის მიკროსკოპით რეალურ დროში აკვირდებიან სინაფსებს, როდესაც თაგვი სწავლობს.

გენეტიკის გასაოცარმა წინსვლამაც შესაძლებელი გახადა მეხსიერების ფუნქციასთან დასაკავშირებლად ტვინში და მის მიღმა არსებული გენების შეცვლა. მეცნიერებმა ვირუსი გამოიყენეს, რათა მწვანე ფლუორესცენციის პროტეინი, ამოღებული მედუზადან, თაგვის ტვინში გადაენერგათ. ამგვარად სწავლისას შესაბამისი ნეირონები სინათლეს ასხივებენ. მათ ასევე გამოიყენეს წყალმცენარეების ცილები სახელად ChR2, რათა ხელოვნურად გაეაქტიურებინათ ნეირონები. პროტეინი ლურჯი სინათლის მიმართ სენსიტიურია, ასე რომ, როდესაც ხდება მისი (სხივის) ნეირონში ჩანერგვა, შესაძლებელი ხდება ლურჯი ლაზერის მინათებით (ამ ტექნიკას ოპტოგენეტიკა ჰქვია) ნეირონის ჩართვა და გამორთვა.ამ ტექნოლოგიით, რომელიც სტენფორდის მეცნიერებმა ორი ათწლეულის წინ შეიმუშავეს, ნეირომეცნიერებს ლაბორატორიულ ცხოველებში მეხსიერების ენგრამის უჯრედების ხელოვნური აქტივაცია შეუძლიათ.

ახალი ტექნიკით იმის შესწავლაც გახდა შესაძლებელი, თუ როგორ გადმოთარგმნიან ნერვული იმპულსები გარეგან ინფორმაციას ჩვენს შინაგან სამყაროში. ამ პროცესზე დასაკვრივებლად მეცნიერები იყენებენ უწვრილეს ელექტროდოდებს. ეს უკანასკნელი იწერს იმპულსებს, რომლებიც რამდენიმე მილიწამის განმავლობაში გრძელდება. შემდეგ ისეთი ანალიტიკური ინსტრუმენტებით, როგორიცაა ნეირონული დეკოდირების ალგორითმი, ხდება გარკვეული პატერნების გამოვლენა. ეს პროგრამული უზრუნველყოფები ღია წყაროებს ეფუძნება. შესაბამისად ყველა ლაბორატორიის ნეირომეცნიერს შეუძლია მისი გამოყენება.

რას გვიყვებიან ეს ხელსაწყოები იმის შესახებ, თუ როგორ იქმნება და ინახება მეხსიერება?

როგორ ხდებოდნენ ნეორნები ჩვენი მეხსიერების ენგრამის ნაწილი, დღემდე უცნობი იყო. როდესაც მეცნიერები ახლოდან დააკვირდნენ, გაოცებულნი იყვნენ იმით, რომ ნეირონები ერთმანეთს ეჯიბრებოდნენ მეხსიერების შესანახად. ტვინში ნეირონების აქტიურობის, აღგზნებადობის გასაზრდელად თუ შესამცირებლად გენების გადანერგვით მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ ენგრამის ნაწილი ზუსტადაც ყველაზე აქტიური ნეირონი ხდება. ეს ნეირონები მოკლე დროის მანძილზე თავიანთ მეზებელ ნეირონებსაც ბლოკავენ, რათა ისინი სხვა ენგრამის ნაწილი ვერ გახდნენ. ეს კონკურენცია, როგორ ჩანს, მეხსიერებას ფორმირებაში ეხმარება და აჩვენებს, რომ მეხსირების ტვინში მდებარეობა არაა შემთხვევითი.

სხვა კვლევებში გამოჩნდა, რომ ნეირონები ეჭიდებიან იმ მეხსიერებას, რომელიც ავიწყდებათ. თაგვებში ცილების ინჰიბიტორების დიდი რაოდენობით ინიექციის შედეგად ამნეზია განვითარდა, სავარაუდოდ, იმის გამო, რომ მათი სინაფსები გადაიტვირთა. მაგრამ მკვლევრებმა აღმოაჩინეს, რომ ეს მოგონებები სრულად არ იკარგება — ნეირონები ჯერ კიდევ იკავებენ ინფორმაციას, მართალია, სინაფსების გარეშე და ამიტომ ვერ მოხდება მისი აღდგენა (ყოველ შემთხვევაში, ოპტოგენეტიკური სიმულაციის გარეშე). თაგვებს, რომელთაც ალცჰაიმერი ჰქონდათ, მეხსიერება მსგავსი ფორმით დაუქვეითდათ.

სხვა კვლევა იმას სწავლობდა, როგორ ამყარებს ჩვენს მეხსიერებას სიზმარი. ნეირომეცნიერები დიდი ხნის მანძილზე ფიქრობდნენ, რომ გამომდინარე იქიდან, ჩვენი ყოველდღიური გამოცდილება ძილში ნეირონული იმპულსების სახით იჩენს, ესე იგი, ჩვენი მეხსიერება ნელ-ნელა გადადის ჰიპოკამპუსიდან კორტექსში, რათა ტვინმა შეძლოს იქიდან სამყაროს შესახებ ინფორმაციის, წესების ამოღება. მათ ისიც იცოდნენ, რომ ზოგიერთი წესი, ინფორმაცია კორტექსის მიერ სწრაფად სინთეზირდება, თუმცა არსებული მოდელებით მათ ამის ახსნა არ შეეძლოთ. ცოტ ხნის წინ მკვლევრებმა ცხოველთა კვლევაში გამოიყენეს ოპტოგენეტიკური საშუალებები, რათა ეჩვენებინათ, რომ ამ კორტიკული მეხსიერების ჩამოყალიბებაში ჰიპოკამპუსიცაა ჩართული.

"ჰიპოკამპუსი კორტექს არასრული მეხსიერების ენგრამების ჩამოყალიბებაში ეხმარება", — ამბობს ტაკაში კიტამურა, სამხრეთ-დასავლეთ ტეხასის სამედიცინო ცენტრის ასისტენტ-პროფესორი. "ჰიპოკამპუსი ასწავლის კორტექსს, მაგრამ ოპტოგენეტიკური ინსტრუმენტების გარეშე ამის ჩვენება ვერ მოხდებოდა."

შეიძლება მეხსიერებით მანიპულაცია?

მეხსირება არ არის ისეთი მდგრადი, როგორიც ჩანს. მათი ბუნებიდან გამომდინარე, ისინი ცვლილებებისკენ უნდა იყვნენ მიდრეკილნი, სხვაგავარად სწავლა შეუძლებელი იქნებოდა.

დაახლოებით 10 წლის წინ MIT-ის მკვლევრებმა თაგვში გენები იმგვარად შეცვალეს, რომ, როდესაც სწავლისას მათი ნეირონები აქტიური იყო, ეს, თავის მხრივ, ააქტიურებდა ChR2 გენს, რომელიც მწვანე ფლუორესცენციის ცილასთან იყო დაკავშირებული. იმის მიხედვით, თუ რომელი ნეირონი ანათებდა, მეცნიერებს შეეძლოთ, გაეგოთ, რომელი ნეირონები იყვნენ ჩართულნი სწავლაში. ამგვარად, მათ ChR2 გენებზე სინათლის დასხივებით კონკრეტული მეხსიერების სტიმულირება შეეძლოთ.

ფოტო: ADInstruments

ამ ტექნიკით მკვლევრებმა თაგვის ტვინში ყალბი მეხსიერება ჩადეს. მათ ჯერ თაგვი სამკუთხა ყუთში მოათავსეს, რომელმაც გაააქტიურა კონკრეტული ChR2 გენები და მათთან დაკავშირებული ნეირონები. შემდეგ მათ თაგვი ოთხკუთხა ყუთში მოათავსეს და ფეხებზე სუსტად დენს ურტყამდნენ და თან სინათლეს ასხივებდნენ ChR2-ს იმ ნეირონებზე, რომლებიც თავდაპირველ გარემოსთან ასოცირდებოდნენ.

შედეგად, თაგვი ელექტრულ შოკს ასოცირებდა არა ოთხკუთხა ყუთთან, სადაც რეალურად ხდებოდა ეს ამბავი, არამედ სამკუთხა ყუთთან. "ცხოველებს ამის შემდეგ ეშინოდათ იმ გარემოსი, სადაც ტექნიკურად არაფერი ცუდი არ მომხდარა", — ამბოს რამირეზი, ამ კვლევის თანაავტორი.

დაუშვებელია ამ ტექნიკის გამოყენებითა და ოპტიკური კაბელების დახმარებით მსგავსი ექსპერიმენტის ადამიანებზე ჩატარება, თუმცა აშკარაა, რომ თაგვების შემთხვევამ გვაჩვენა — შეიძლება მეხსირებით მანიპულირება.

შეიძლება ტვინის მიღმა მეხსიერების დანახვა?

ადამიანის მეხსიერების ვიზუალური რეკონსტრუქცია ტვინის სკანერებითაა შესაძლებელი. ბრის კულის მიერ ჩატარებულ კვლევაში, ადამიანებს გამოსახულებები დაურიგეს და ყურებისას ხდებოდა მათი ტვინის მაგნიტურ-რეზონანსული ტომოგრაფიით გადაღება, რათა ენახათ, რომელი უბნები აქტიურდებიან. შემდეგ ალგორითმს უნდა გამოეცნო, რას უყურებს ადამიანი და აქტივობებზე დაყრდნობით ნახატი აღედგინა. ალგორითმს მაშინაც შეეძლო გამოსახულების აღდგენა, როდესაც მონაწილეებს უბრალოდ მის გახსენებას სთხოვდნენ.

რა თქმა უნდა, კიდევ ბევრი რამაა გასაუმჯობესებელი, მაგრამ ამ კვლევამ აჩვენა, რომ ნეიროგამოსახულებებითა და რეკონსტურქციის ალგორითმებით შესაძლებელია სხვებისთვის ადამიანის მეხსიერების კონტენტის ჩვენება.

თანამედროვე ტექნოლოგიამ მეცნიერებს ღრმად ტვინში ჩახედვისა და მეხსიერების დანახვის საშუალება მისცა. ასევე იმ ფაქტმა, რომ შესაძლებელია მეხსიერებისა და გამოცდილების როგორც გარედან ტვინში ჩადება, ისე იქიდან ამოღება, ასევე შეცვალა მეხსიერებაზე წარმოდგენა. რას ნიშნავს ეს ჩვენი გრძნობისთვის, თუ ვინ ვართ?