سازوکار حافظه در مغز انسان چگونه است

نتیجه مطالعات اخیر درباره‌ی مدارهای عصبی که در شکل‌گیری و تثبیت حافظه نقش دارند، نشان می‌دهد که خاطرات انسان به‌طور هم‌زمان در هیپوکامپ و برای شکل‌گیری حافظه‌ی بلندمدت در کورتکس مغز ذخیره می‌شو‌د. خاطرات ما در حافظه‌ی بلندمدت دو هفته به‌صورت خاموش و غیرفعال باقی می‌مانند تا اینکه طی فرآیندی به‌طور کامل در ذهن ما تثبیت شوند. یافته‌های جدید با نظریه‌ها و مبانی پذیرفته‌شده‌ای که قبلا درباره شکل‌گیری حافظه و تثبیت خاطرات ارائه شده است، کاملا مغایرت دارد.

 نتیجه مطالعات پژوهشگران دانشگاه MIT درباره‌ی مدارهای عصبی که در فرآیند شکل‌گیری حافظه نقش دارند، نشان می‌دهد که حافظه‌ی انسان در هیپوکامپ و در قسمتی از قشر مغز شکل‌ می‌گیرد و تثبیت می‌شود. تصویر زیر سلول‌های اینگرام حافظه (سلول‌های سبز و قرمز) را نشان می‌دهد. سلول‌های اینگرام در شکل‌گیری حافظه‌ی بلندمدت و ذخیره‌ی خاطرات در قسمتی از قشر مخ که Prefrontal cortex نامیده می‌شود، نقش بسیار مهمی دارند.

وقتی ما یکی از دوستان خود را ملاقات می‌کنیم یا به مکانی می‌رویم، این تجربه به‌صورت حافظه‌ی کوتاه‌مدت در قسمتی از مغز به نام هیپوکامپ ذخیره می‌شود. سپس این خاطره در ذهن ما تثبیت می‌شود؛ به عبارت دیگر این خاطره به قسمت دیگری از مغز ما منتقل می‌شود تا به‌صورت حافظه‌ی بلندمدت در مغز ذخیره شود.

 یافته‌های جدید یک مکانیسم بسیار گسترده‌ و پیچیده از مدارهای عصبی را در شکل‌گیری حافظه ارائه می‌کنند.

نتیجه این تحقیقات که ماه گذشته در مجله‌ی Science منتشر شده است، به احتمال زیاد باعث خواهد شد که درباره‌ی مدل‌های علمی که قبلا در مورد شکل‌گیری و تثبیت حافظه ارائه شده است، تجدیدنظر و بازنگری‌هایی صورت گیرد.

آغاز تحقیقات درباره‌ی حافظه‌ی بلندمدت به دهه‌ی ۱۹۵۰ برمی‌گردد. در این زمان بود که مطالعات روی مغز یک فرد بیمار آغاز شد؛ بیمار مورد بررسی، هنری مولیسون نام داشت که دچار فراموشی شده بود. امروزه نام هنری مولیسون در علم پزشکی بسیار شناخته‌شده و مشهور است و او را با عنوان «بیمار H.M» می‌شناسند. این فرد که از بیماری صرع رنج می‌برد، در سال ۱۹۵۳ برای کنترل حملات صرع تحت عمل جراحی قرار می‌گیرد؛ اما هیپوکامپ مغز او در طی این عمل جراحی دچار آسیب می‌شود. هنری مولیسون بعد از این عمل جراحی حافظه خود را از دست می‌دهد و این بار فراموشی گریبان او را می‌گیرد؛ هیچ خاطره‌ی جدیدی در ذهن او ثبت نمی‌شود و اتفاقات جدیدی را که در زندگی‌اش رخ می‌دهد، هرگز به خاطر نمی‌آورد. اگرچه او برخی از خاطرات خود مربوط به زمان قبل از عمل جراحی را به یاد می‌آورد؛ ولی حافظه‌ی کوتاه‌مدت او به‌کلی از بین رفته بود. مورد هنری مولیسون بدین جهت در علم پزشکی مهم است که به دانشمندان کمک کرد تا به نقش هیپوکامپ در شکل‌گیری حافظه‌ پی ببرند.

نتیجه این بررسی‌ها نشان داد که حافظه‌ی ‌بلندمدت (خاطراتی که از رویدادها و اتفاقات خاص در ذهن ما نقش می‌بندد) در منطقه‌ای خارج از هیپوکامپ مغز ذخیره و ثبت می‌شود. دانشمندان معتقد هستند که این خاطرات در قسمتی از مغز که نئوکورتکس نامیده می‌شود، ذخیره و نگهداری می‌شود. این قسمت از مغز به‌عنوان مسئول فرآیند‌های شناختی، برنامه‌ریزی و تصمیم‌گیری نیز شناخته شده است.

تا  چند سال پیش هیچ روش مناسبی وجود نداشت که این نظریه‌های علمی را مورد آزمایش قرار دهد. اکثر مطالعاتی که در گذشته درباره‌ی حافظه‌ی انسان انجام شده‌اند، بر این مبنا بوده که دانشمندان آسیب‌های واردشده بر قسمت‌های خاصی از مغز و تأثیر این آسیب‌ها بر حافظه‌ی فرد را مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار می‌دادند. سال ۲۰۱۲ در آزمایشگاه پروفسور سوسومو تونگاوا با ابداع روشی خاص سلول‌های اینگرام شناسایی و نام‌گذاری شدند که در شکل‌‌گیری حافظه و به یاد آوردن خاطرات نقش بسیار مهمی دارند. این یافته‌های جدید به محققان این امکان را می‌دهند تا مدارهای عصبی را که در شکل‌گیری حافظه و به یاد‌ آوردن خاطرات نقش دارند، شناسایی کنند. دانشمندان همچنین می‌توانند به روش مصنوعی و با استفاده از تکنیک اپتوژنتیک حافظه‌ی فرد را به فعالیت وادار کنند. اپتوژنتیک یک تکنیک بیولوژیکی است که به دانشمندان کمک می‌کند فعالیت‌های سلول‌های عصبی را در بافت زنده با استفاده از نور، کنترل یا مانیتور کنند.

 در مطالعات علمی اخیر محققان از این روش استفاده کردند تا سلول‌های حافظه در مغز موش را شناسایی کنند. در واقع دانشمندان سعی کردند با ایجاد یک الگوی رفتاری شرطی در موش‌ها، آزمایش‌های خود را انجام دهند؛ بدین ترتیب که با قرار دادن موش‌ها در یک اتاقک مخصوص و دادن شوک الکتریکی خفیف باعث ایجاد ترس و وحشت در این موش‌ها شدند. سپس با استفاده از تکنیک اپتوژنتیک در زمان‌های مختلف به‌طور مصنوعی نورون‌های عصبی مربوط به حافظه را دوباره فعال کردند تا ببینند آیا این فعال‌سازی باعث می‌شود که موش مورد آزمایش همان عکس‌العمل رفتاری قبل را از خود نشان دهد یا خیر؛ به عبارت دیگر آیا موش از شدت ترس در جای خود میخکوب می‌شود یا نه. همچنین با استفاده از این تکنیک دانشمندان مشخص کردند زمانی که موش‌ها دوباره در اتاقک‌های مخصوص قرار داده شدند، کدام سلول‌های عصبی فعال شدند تا اینکه موش‌ها به‌طور طبیعی خاطره‌ی شوک الکتریکی را به یاد بیاورند.

بر طبق آزمایش‌های انجام‌شده، محققان سلول‌های مسئول حافظه را در سه منطقه از مغز شناسایی کردند. این سه منطقه شامل هیپوکامپ، قسمتی از قشر مخ (پریفرانتال کورتکس) و قسمتی از مغز به نام آمیگدال می‌شد. آمیگدال نقش مهمی در درک احساسات و فرآیند پاسخ به ترس‌ها دارد و حافظه‌ی هیجانی و احساسی در این قسمت از مغز ذخیره می‌شود.

درست روز بعد از انجام این آزمایش‌ها، دانشمندان متوجه شدند که حافظه‌ی موش‌ها از اتفاقات و رخدادها در سلول‌های اینگرام در هیپوکامپ و در قشر پریفرانتال مغز به‌طور هم‌زمان ذخیره می‌شود، اما سلول‌های اینگرام در قشر مخ غیرفعال باقی می‌مانند. زمانی که این سلول‌ها (سلول‌های اینگرام قشر مخ) به‌طور مصنوعی و با تحریک نوری به فعالیت وادار شوند، موجب عکس‌العمل رفتاری خاص (ترس و وحشت) در موش‌ها می‌شوند. اما طی فرآیند طبیعی و عادی یادآوری خاطرات، این سلول‌ها هیچ فعالیتی نداشتند. به این طریق دانشمندان دریافتند که اطلاعات مربوط به آن خاطرات و حوادث از ابتدا در قشر پریفرانتال مغز وجود دارد و طی ‌فرآیندی از هیپوکامپ به قشر مخ منتقل نمی‌شود. یافته‌های جدید با نظریه‌ای که قبلا درباره شکل‌گیری حافظه بیان شده بود کاملا مغایرت دارد. نظریه‌ی قبلی بیان می‌کرد که خاطرات به‌تدریج از هیپوکامپ به قشر مخ منتقل می‌شوند؛ اما نتیجه آزمایشات نشان می‌دهد که این خاطرات هم‌زمان در قشر مخ نیز وجود دارند.

طی دو هفته‌ی بعد از آزمایش، سلول‌های غیرفعال در قشر پریفرانتال مغز تکامل پیدا می‌کنند که این تحول با تغییراتی که در آناتومی و فعالیت‌های فیزیولوژیکی آن‌ها ایجاد می‌شود، کاملا قابل مشاهده است. بنابراین وجود این سلول‌ها برای به یاد‌آوردن خاطرات کاملا ضروری است. در طی همین زمان (دو هفته) که سلول‌های قشر مخ تغییر می‌یابند، سلول‌های اینگرام در هیپوکامپ غیرفعال می‌شوند و در فرآیند به یاد‌ آوردن خاطرات، دیگر مورد نیاز نیستند. اگرچه بعد از گذشت دو هفته اثر ناچیزی از‌ آن خاطرات در هیپوکامپ باقی ‌می‌ماند؛ ولی در به یاد‌ آوردن آن خاطره و اتفاق خاص، دیگر نقشی ندارند به همین دلیل است که رخدادهایی که در طی روز برای فرد اتفاق می‌افتد، بعد از مدتی از حافظه‌ی کوتاه‌مدت محو می‌شود. در آزمایش انجام‌شده روی موش‌ها مشاهده می‌شود که به‌طور مصنوعی و با تحریک نوری، سلول‌های اینگرام هیپوکامپ دوباره به فعالیت وادار می‌شوند و باعث عکس‌العمل موش‌ها می‌شوند. بنابراین دانشمندان نتیجه‌گیری کردند که بعد از گذشت مدتی اگرچه آن خاطرات از حافظه کوتاه‌مدت محو می‌شود ولی اثر ناچیزی از آن در هیپوکامپ همچنان باقی می‌ماند.

اما در طی این بررسی‌ها در آمیگدال مغز چه اتفاقی می‌افتد؟ سلول‌های اینگرام در آمیگدال مغز در طی این آزمایش‌ها بدون تغییر باقی‌ می‌مانند. سلول‌های آمیگدال مغز که باعث یادآوری هیجانات و احساسات می‌شوند، با سلول‌های اینگرام در هیپوکامپ و قشر پریفرانتال مغز ارتباط عصبی برقرار می‌کنند. بنابراین سلول‌های اینگرام در آمیگدال برای یادآوری هیجاناتی که با خاطرات و اتفاقات خاصی در زمان گذشته مرتبط هستند، نقش بسیار مهمی دارند.

نتیجه این آزمایش‌ها حاکی از این است که نظریه‌هایی قبلی درباره شکل‌گیری و تثبیت حافظه، ممکن است صحیح نباشند؛ زیرا حافظه به‌طور هم‌زمان در هیپوکامپ و قشر پریفرانتال مغز شکل می‌گیرد. خاطرات به‌طور هم‌زمان در هیپوکامپ و قشر مغز ذخیره می‌شوند، اما مسیر متفاوتی طی می‌کنند. قشر پریفرانتال قوی‌تر می‌شود ولی هیپوکامپ ضعیف‌تر می‌شود.

با وجود یافته‌های جدید، مطالعات بیشتری برای مشخص کردن این‌که آیا بعد از گذشت مدتی حافظه به‌طور کلی از هیپوکامپ مغز محو می‌شود یا اینکه اثری جزئی و ناچیز از خاطرات در هیپوکامپ باقی می‌ماند، نیاز خواهد بود. در زمان حال محققان می‌توانند سلول‌های اینگرام را فقط به مدت دو هفته مانیتور و بررسی کنند؛ اما در تلاش هستند که تکنولوژی و روش‌های تحقیقاتی خود را ارتقاء دهند تا بتوانند برای مدت‌زمان طولانی‌تری سلول‌های اینگرام را بررسی و مطالعه کنند. برخی از دانشمندان معتقد هستند که اثری جزئی از خاطرات در هیپوکامپ به‌طور مبهم باقی‌ می‌ماند. برای مثال، جزئیاتی که در حافظه‌ی ما باقی‌ می‌ماند و گاهی اوقات در ذهن یادآوری می‌شود، این نظریه را قوت می‌بخشند. برای تشخیص دادن و بازشناختن دو اتفاق مشابه، سلول‌های اینگرام غیرفعال در هیپوکامپ احتمالا دوباره به فعالیت وادار می‌شوند تا فرد بتواند جزئیات آن رخداد را به خاطر بیاورد؛ حتی اگر آن رخداد در گذشته اتفاق افتاده باشد.

محققان همچنین به دنبال تحقیقاتی برای پی بردن به چگونگی فرآیند تغییر و تکامل سلول‌های قشر پریفرانتال مغز هستند. بررسی‌هایی که تاکنون انجام شده است، نشان می‌دهد که ارتباط بین قشر پریفرانتال و هیپوکامپ بسیار مهم و حیاتی است؛ زیرا قطع شدن مدارهای عصبی که این دو بخش از مغز را به هم متصل می‌کنند، مانع از این می‌شود که سلول‌های اینگرام قشر مغز به‌درستی تکامل یابند.