مغز چگونه اطلاعات را نگهداری و یادآوری می‌کند؟


دانش و فناوری

سه شنبه 27 اردیبهشت 1401


How-does-the-brain-store-and-remember-information

با افزایش سن در اغلب افراد، قابلیت‌های حافظه‌ی کاری کاهش می‌یابد؛ در چنین حالتی مسلما انجام کارهای روزمره هم دشوارتر می‌شود. در همین راستا یکی از مناطق کلیدی در مغز که با حافظه‌ی کاری ارتباط دارد، بخشِ تالاموس قدامی (Anterior Thalamus) است که عمدتاً شامل حافظه‌ی فضایی (محیط اطراف و چگونگی جهت‌یابی) می‌شود.

امیدی برای درمان از دست دادن حافظه در افراد مُسن

طی مطالعات صورت گرفته توسط محققان دانشگاه MIT بر روی موش‌ها، این پژوهشگران توانستند مدارِ مغزی مهمی را در تالاموس قدامی شناسایی کنند که برای به خاطر سپردن مسیرهای عبوری در یک ماز (Maze) ضروری است! همچنین محققان دریافتند که این مدار در موش‌های مسن‌تر ضعیف می‌شود، اما با افزایش فعالیت آن، توانایی موش برای حرکت صحیح در بین پیچ و خم‌های ماز به شدت بهبود می‌یابد! به گفته محققان، این نتایج می‌تواند در راستای معکوس‌سازی فرآیند از دست دادن حافظه در افراد مسن، بدون تاثیر بر دیگر بخش‌های مغز بسیار امیدوارکننده باشد.

پروفسور پویتراس (Patricia T. Poitras) از بخش علوم شناختی و اعصاب اذعان دارد که با درک اینکه تالاموس چگونه خروجی این مدارِ مغزی را کنترل می‌کند، می‌توان امیدوار بود که به جای تحریکِ بخشِ کورتکس پیشانی (Prefrontal Cortex) که عملکردهای متفاوتی (با تحریک نورون‌های کورتکس پیشانی، رفتارهای مرتبط با اضطراب را هم برانگیخته می‌کنیم!) دارد، اهداف را به طور خاص‌تر و دقیق‌تر دنبال کرد.

تالاموس قدامی چیست و چه ارتباطی با حافظه‌ی فضایی دارد؟

به طور کلی تالاموس، بخشی کوچک است که در نزدیکی مرکز مغز قرار دارد و به حافظه‌ی فعال و بسیاری از عملکردهای اجرایی دیگر همچون برنامه‌ریزی و توجه فرد، کمک می‌کند. آزمایش‌های صورت گرفته در این حوزه بر روی بخش خاصی از از تالاموس به نام تالاموس قدامی متمرکز است که نقش مهمی در حافظه فضایی و جهت‌یابی دارد.

تالاموس قدامی، نقش مهمی در حافظه فضایی و جهت‌یابی دارد.

مطالعات قبلی روی موش ها نشان داده است که آسیب به تالاموس قدامی می‌تواند منجر به اختلال در حافظه‌ی فضایی شود. نتایج این مطالعات نشان می‌دهد که در انسان‌ها نیز با افزایش سن، فعالیت تالاموس قدامی کاهش می‌یابد که منجر به عملکردِ ضعیف‌ترِ حافظه فضایی می‌شود.

تالاموس قدامی به سه بخش شکمی (Ventral)، میانی (Medial) و خلفی (Dorsal) تقسیم می‌شود. طی مطالعه‌ای که در سال گذشته منتشر شد، محققان این دانشگاه نقش تالاموس قدامی خلفی (AD) و تالاموس قدامی شکمی (AV) را در شکل‌گیری حافظه مورد مطالعه قرار دادند. آن‌ها دریافتند که بخشِ تالاموس AD، در ایجاد طرح‌های ذهنی برای تجسم فضاهای فیزیکی نقش دارد، در حالی که تالاموس AV به مغز کمک می‌کند تا این خاطرات را از دیگر خاطراتِ فضاهای مشابه، (به همین علت شما می‌توانید محله‌ای که در آن زندگی می‌کنید را از دیگر محله‌ها تشخیص دهید! ) تشخیص دهد.

طی مطالعات جدیدتر، محققان قصد دارند، تالاموس AV را عمیق‌تر مورد بررسی قرار دهند و نقش آن در حافظه‌ی کاری ـ فضایی را بیشتر کندوکاو کنند. برای انجام این کار، آن‌ها به موش‌های آزمایشگاهی حرکت در یک مسیرِ ساده به شکل T را آموزش دادند. سپس محققان یکی از بازوهای مسیر T شکل (در زمان رسیدن به دو راهی) را بستند و موش‌ها را مجبور به حرکت در مسیر کردند.

پس از این مرحله دوباره موش‌ها را در ماز T شکل قرار دادند با این تفاوت که این بار هر دو بازوی T شکل باز بود. در این بخش اگر موش مسیر مخالفِ مرحله‌ی اول را انتخاب می‌کرد، پاداش می‌گرفت. این مساله به این معنی است که برای تصمیم‌گیری صحیح، موش نیاز به، به خاطر آوردن مسیرِ عبوری اولش دارد.

هنگامی که موش‌ها در حال گذر از مسیر، طی روندهای مختلفی بودند، محققان فعالیت نورون‌های تالاموس AV یا AD را در هر سه حالت مهار کردند. درواقع فرآیند مهارسازی و سرکوبِ نورون‌ها در سه فازِ، حرکت با وجود بن‌بست اجباری، مرحله‌ی تصمیم‌گیری (ایستادن موش در سَر دو راهی و یادآوری اطلاعات) و انتخاب (موش تصمیم خود را می‌گیرد و به سمت یکی از بازوها می‌چرخد.) اعمال شده است.

آزمایش حرکت موش در ماز T شکل

آزمایش حرکت موش در ماز T شکل: سه فاز اصلی این آزمایش شامل مرحله‌ی حرکت با وجود بن‌بست اجباری، مرحله‌ی تصمیم‌‌گیری و مرحله‌ی انتخاب است.

جالب است بدانید که مهارسازی نورون‌های AV در طول فازهای اول و سوم (انتخاب) هیچ تاثیری بر عملکرد موش‌ها نداشت، اما زمانی که فعالیت نورون‌ها را در فاز دوم (تصمیم‌گیری) که ۱۰ ثانیه یا بیشتر طول کشید، سرکوب کردند، موش‌ها عملکرد بدتری را رقم می‌زدند و از پاداش بی‌بهره می‌شدند. به این ترتیب می‌توان نتیجه گرفت که نورون‌های تالاموس AV برای نگهداری از اطلاعات در زمان تصمیم‌گیری بسیار مهم هستند.

در عین حال، مهار نورون‌های AD عملکرد موش‌ها را در فاز اول مختل کرد اما در فاز دوم (تصمیم‌گیری) تأثیر کمی داشت. این یافته‌ها همراه با مطالعات قبلی این تیم تحقیقاتی نشان می‌دهد که نورون‌های AD در شکل‌گیری خاطرات از فضای فیزیکی نقش دارند.

تحقیقات نشان داد که نورون‌های تالاموس AV، به منظور نگهداری از اطلاعات در زمان تصمیم‌گیری بسیار مهم هستند؛ در حالی که نورون‌های AD در شکل‌گیری خاطرات از فضای فیزیکی تاثیر دارند.

به طور کلی، تالاموس قدامی را می‌توان بخشی برای یادگیری فضایی دانست؛ درواقع به نظر می‌رسد که ما با دو بخش در تالاموس قدامی روبه‌رو هستیم که یکی به یادگیری زمینه‌ای و دیگری به نگهداری آن اطلاعات کمک می‌کند.

نقش سِن بر عملکرد تالاموس قدامی

در ادامه‌ی این تحقیقات، دانشمندان نقش سِن بر عملکرد تالاموس قدامی را با استفاده از موش‌های مسن‌تر (۱۴ ماهه) بررسی کردند. جالب است بدانید که موش‌های مسن در آزمایش ماز T شکل، بدتر عمل کردند و نورون‌های AV آن‌ها تحریک‌پذیر کمتری داشت. با این حال، زمانی که محققان به طور دستی این نورون‌ها را تحریک کردند، عملکرد موش‌های مسن در این کار به طور چشمگیری بهبود یافت.

از جمله دیگر روش‌ها برای بهبود عملکرد موش‌های مسن در مسیر T شکل، تحریک کورتکس پیشانی است، اما لازم است بدانید که تحریک این بخش مغز میزان اضطراب را در موش‌ها افزایش می‌دهد. درواقع اگر مستقیماً نورون‌های بخش میانی کورتکس پیشانی را فعال یا تحریک کنیم، رفتارهای مرتبط با اضطراب را هم برانگیخته می‌کنیم؛ این در حالی است که با برانگیختگی نورون‌های AV شاهد چنین اتفاقی نخواهیم بود.

در پایان برای کسب اطلاعات و جزئیات بیشتر می‌توانید به خود مقاله‌ی «Anterior thalamic circuits crucial for working memory» مراجعه نمایید.

منبع : digikalamag