Mistä muistot muodostuvat ja mistä tiedämme sen?

Ilman muistoja olisimme hukassa. Ne ovat lankoja, jotka pitävät elämämme koossa, yhdistävät sen, keitä olimme, siihen, keitä olemme.

Mutta olemme vasta hiljattain saaneet koottua yhteen niiden taustalla olevan poikkeuksellisen aivotutkimuksen – tarinan, joka käsittää muistinmenetyspotilaita, mielen palatseja ja aavekarnevaaleja.

Yksi ensimmäisistä analogioistamme muistin ymmärtämiseksi on peräisin antiikin Kreikasta, jossa Platon vertasi muistoja vahatauluun tehtyihin kaiverruksiin, ja hänen suosikkioppilaansa Aristoteles käytti tätä edelleen omissa kirjoituksissaan.

Muistamattomuus, sanoi Aristoteles, ilmeni lapsuudessa siksi, että vaha oli liian pehmeää, ja vanhuksilla siksi, että se oli liian kovaa.

Hänen mielestään muistot eivät sijainneet aivoissa, vaan koko kehossa. Hän ajatteli, että aivot olivat olemassa vain viilentämään kuumaa sydäntä – sielumme asuinpaikkaa.

Taipumus suosia sydäntä aivojen sijasta jatkui vuosisatojen ajan – osittain siksi, että kirkko kielsi ihmisaivojen paloittelun. Itse asiassa vasta 1600-luvulla alettiin ymmärtää, että aivoilla oli ylipäätään kykyä ajatella.

Saksalainen filosofi Hermann Ebbinghaus oli ensimmäinen muistin tieteellisen tutkimuksen uranuurtaja 1800-luvun lopulla. Hän ei välittänyt niinkään siitä, missä muistot sijaitsevat aivoissa, vaan enemmänkin siitä, miten muisti toimii.

Kuuluisimmissa kokeissaan Ebbinghaus laati yli 2 000 hölynpölyä sisältävän luettelon sanoista, kuten ”kaf” tai ”nid”, jotka hän painoi mieleensä ja yritti sitten palauttaa mieleen ajan kuluessa. Hän havaitsi, että meillä on taipumus unohtaa eksponentiaalisesti – eli unohdamme paljon pian oppimisen jälkeen ja sitten unohdamme hitaammin ajan myötä.

Hän myös luokitteli psykologiassa kolme muistityyppiä: aistimellisen muistin, lyhytkestoisen muistin ja pitkäkestoisen muistin – nimityksiä, joita käytetään vielä nykyäänkin.

Aistimellinen muisti on ensimmäinen muistin laji, joka tulee aivoihin: se kestää sekunnin murto-osan ajan. Vaatteiden kosketus ihoa vasten, nuotion tuoksu. Ellemme paneudu tuohon muistiin, se katoaa lopullisesti. Ajattele sitä kuitenkin jonkin verran, niin tönäiset sen lyhytkestoiseen muistiin.

Käytät sitä koko ajan huomaamattasi. Ymmärrät esimerkiksi, mitä tämän lauseen lopussa tapahtuu vain siksi, että muistat, mitä alussa tapahtui.

Lyhytkestoisen muistimme sanotaan kykenevän tallentamaan noin seitsemän asiaa, jotka voivat säilyä mielessä noin 15-30 sekuntia. Näiden kohtien harjoittelu olisi keino siirtää ne pitkäkestoiseen muistiin – näennäisesti rajattomaan varastoon, johon muistot tallennetaan pitkäkestoisesti.

Mielen teoriat

Seuraavina vuosikymmeninä muut kehittivät edelleen ymmärrystämme muistista. Yksi vaikutusvaltaisimmista oli brittiläinen psykologi Frederic Bartlett.

Vuonna 1914 hän suoritti sarjan kokeita, joissa hän pyysi opiskelijoita lukemaan tarinan ja toistamaan sen muistista.

Analysoimalla sitä, miten tarina muuttui päivien, kuukausien ja vuosien aikana, hän esitti (nykyään todistetun) teorian, jonka mukaan muistot ovat tapahtumien epätäydellisiä rekonstruktioita. Hänen mukaansa muistamme itse asiassa vain pienen osan alkuperäisestä havainnosta ja täytämme aukkoja kulttuuriviittauksilla ja henkilökohtaisella tietämyksellä.

Mutta huolimatta siitä, että ihmisen muistin toiminnasta alettiin yhä paremmin ymmärtää, monia kysymyksiä oli edelleen. Mihin muistot tallennetaan? Miltä muisti näyttää? Näihin kysymyksiin amerikkalainen psykologi Karl Lashley yritti vastata koko uransa ajan.

Hänen tärkeimpiin kokeisiinsa kuului muistijälkien etsiminen rotan aivokuoren tietyiltä alueilta – aivojen taitellusta, uloimmasta kerroksesta, jolla on merkitystä kognitiossa, aistihavainnoinnissa, päätöksenteossa ja lukuisissa muissa avaintoiminnoissa.

Vuodesta 1935 lähtien hän vahingoitti systemaattisesti tiettyjä aivokuoren alueita ennen tai jälkeen sen, kun rotta oli koulutettu löytämään tiensä ulos sokkelosta. Mutta riippumatta siitä, mikä osa aivoista poistettiin, rotat muistivat edelleen paremmin, miten labyrintistä pääsee ulos, kuin rotat, joita ei ollut alun perin koulutettu.

Lashley päätteli päätelmissään, että kyvykkyyksemme oppimiseen ja muistamiseen täytyy jakautua moniin eri osiin aivoja, sen sijaan, että se olisi vain yhdellä ainoalla alueella.

Yksi tietty potilas osoittautui tämän ajatuksen kannalta avainasemassa: nuori mies nimeltä Henry Molaison.

Ja koska Molaison oli kärsinyt vakavista epileptisistä kohtauksista suurimman osan elämästään, hän suostui rajuun kokeelliseen hoitoon. Vuonna 1953 kirurgit porasivat reikiä hänen aivoihinsa ja imivät ulos kohtauksista vastuussa olevat alueet – aivojen molemmin puolin sijaitsevan merihevosen muotoisen alueen, jota kutsutaan hippokampukseksi

Operaatio oli siinä mielessä onnistunut, että se paransi pitkälti hänen kohtauksensa, mutta Molaisonille jäi syvä muistinmenetys, eikä hän kyennyt luomaan uusia pitkäaikaisia muistoja.

Molaison muisti kuitenkin suurimman osan menneisyydestään muutamaa vuotta ennen leikkausta. Myöhemmin havaittiin, että hän pystyi myös muodostamaan proseduraalisia muistoja, eräänlaista pitkäkestoista muistia, joka on vastuussa siitä, että tiedetään, miten jokin asia tehdään, kuten pyörällä ajaminen.

Molaison’n muistihäiriöt osoittivat, että hippokampus oli elintärkeä useimpien uusien muistojen luomisessa, mutta että itse muistot tallentuivat muualle aivoihin.

Tutkijat, mukaan lukien neurotieteilijä professori Suzanne Corkin, jatkoivat Molaison testejä säännöllisesti seuraavien 46 vuoden ajan – vaikka Molaisonille jokainen päivä, jolloin he puhuivat, oli kuin ensimmäinen. ”Se on hassu juttu”, Molaison kertoi Corkinille. ”Sitä vain elää ja oppii. Minä elän ja sinä opit.”

Vaikka Molaison vaikutti ratkaisevasti siihen, että tutkijayhteisö vakuuttui siitä, että muisti ei ollut yhden ainoan aivojen alueen vastuulla, se ei vastannut kysymykseen siitä, miten muisti muodostuu.

Neuronit, jotka laukeavat yhdessä, johdottuvat yhteen

Taannoin vuonna 1906 Camillo Golgi ja Santiago Ramón y Cajal olivat saaneet yhdessä Nobelin palkinnon edistyksellisistä soluvärjäystekniikoista, jotka osoittivat hermosolun anatomian.

Tiedemiehet tiesivät heidän työnsä ansiosta, että aivoissa oli miljoonia hermosoluja, jotka välittävät viestejä toisilleen sähköisten impulssien muodossa. Kun impulssi saapuu yhden neuronin päähän, se saa aikaan välittäjäaineiksi kutsuttujen kemiallisten sanansaattajien vapautumisen, jotka kulkevat raon eli synapsin yli ja kiinnittyvät viereiseen neuroniin.

Tällöin toinen neuroni laukaisee suuremman tai pienemmän todennäköisyyden laukaista oman impulssinsa. Mutta se, miten nämä neuronit muodostivat pitkäkestoisia muistoja, oli edelleen mysteeri

Lue lisää aivoista ja muistista:

• Koe
• Aika

Tämä pysyi näin aina vuoteen 1949 asti, jolloin Donald Hebb julkaisi yhden viime vuosisadan vaikutusvaltaisimmista neurotieteen teorioista. Hän kirjoitti, että millä tahansa kahdella aivosolulla, jotka ovat toistuvasti aktiivisia samaan aikaan, on taipumus ”assosioitua”.

Neidän anatomiansa ja fysiologiansa muuttuu niin, että ne muodostavat uusia yhteyksiä tai vahvistavat olemassa olevia yhteyksiä. Toisen solun aktiivisuus, hän sanoi, helpottaa myöhemmin toisen solun aktiivisuutta. Löydät tämän usein tiivistettynä ”neuronit, jotka palavat yhdessä, johdottuvat yhteen.”

Lyhyesti sanottuna, jos kaksi käsitettä, vaikkapa ruusun tuoksu ja ruusun nimi, stimuloivat toistuvasti toisiaan kunnioittavia neuroneja aivoissa samaan aikaan, nuo neuronit muuttavat muotoaan ja vahvistavat tätä yhteyttä.

Ruusun tuoksuun liittyvät neuronit stimuloivat nyt todennäköisemmin sen nimestä vastaavia neuroneita

Tämä on Hebbin mukaan se prosessi, joka on pitkäkestoisten muistojen tallentumisen taustalla. Tällaiset muistot säilyvät, koska ne ovat nyt ainutlaatuinen osa hermosoluarkkitehtuuria. Mitä useammin niitä palautetaan mieleen, sitä vahvemmaksi ja pysyvämmäksi muisti muuttuu.

Samoihin aikoihin kanadalainen kirurgi Wilder Penfield osoitti, miten aivokuoren osien stimuloiminen voi herättää muiston.

Hän leikkasi epilepsiaa sairastavia ihmisiä, jotka olivat hereillä leikkauksen aikana. Leikatessaan yhtä naista hän stimuloi aivokuoren sisällä olevaa hippokampuksen päälle jäävää aluetta.

Hänen potilaansa puhui: ”Luulen kuulevani äidin kutsuvan pientä poikaansa jossakin, se näyttää olevan jotain, joka tapahtui vuosia sitten naapurustossa, jossa asun.”

Penfield stimuloi kohtaa uudelleen, ja jälleen kerran äidin ääni huudahti. Hän siirsi ärsykettä hieman vasemmalle, ja yhtäkkiä nainen kuuli lisää ääniä. Oli myöhäinen ilta, nainen sanoi, ja ne tulivat tivolista.

”Siellä on paljon isoja vaunuja, joilla he kuljettavat eläimiä.”

Penfieldin käyttämät pienet aktiviteettitärähdykset näyttivät herättävän eloon kauan sitten unohtuneita muistoja – aivan kuin kurkottaisi pölyiseen albumiin ja poimisi sattumanvaraisesti valokuvan.

• Instantti nero: Aivot
• Muisti voi riippua vuorokaudenajasta, osoittaa hiirillä tehty tutkimus
• Lapsuuden vastoinkäymiset liittyvät muistin heikkenemiseen myöhemmällä iällä
• Miten psykedeelit vaikuttavat aivoihin?

Muistojen palauttaminen on salaperäinen prosessi, jota ei vieläkään ymmärretä täysin. Washingtonin yliopiston silloisen professori Elizabeth Loftusin ansiosta tiedämme kuitenkin, että muistikuvamme eivät aina ole tarkkoja.

1990-luvulla hän osoitti, että ihmisten mieleen voidaan istuttaa vääriä muistoja. Hän sai ihmiset vakuuttuneiksi valekuristuksista, melkein hukkumisista ja jopa demonisesta riivauksesta. Hän osoitti, että väsymys, huumeet ja alhainen älykkyysosamäärä voivat kaikki vaikuttaa siihen, kuinka todennäköisesti joku on vaarassa muodostaa valemuistoja.

Hänen työssään hän paljasti jotakin aivan uskomatonta: sen, että muodostuneet muistomme eivät ole kiinteitä. Joka kerta, kun haemme muiston takaisin, vahvistamme ne hermoratoja, jotka ovat luoneet muiston, ja näin tehdessämme vahvistamme ja vakiinnutamme muistoa niin, että se jää pysyvämmin mieleemme.

Mutta lyhyen aikaa tämän hakuprosessin aikana muististamme tulee muokattavissa oleva – pystymme muokkaamaan sitä uudelleen ja joskus myös saastuttamaan sitä.

Hippokampus: missä muistot muodostuvat

Kehittyvien kuvantamistekniikoiden myötä tutkimuksessa on jälleen keskitytty paikantamaan, missä päin aivoja muistot säilyvät. Nyt tiedämme, että hippokampus ponnahtaa toimintaan liimatakseen yhteen muistin eri osatekijöitä.

Kun ihmiset yrittävät oppia uusia assosiaatioita ja palauttaa ne myöhemmin mieleen, ne, joiden hippokampus synnytti eniten toimintaa assosiaatioita opetellessaan, kykenevät parhaiten palauttamaan ne mieleen tulevaisuudessa.

Niin kuin he liimaisivat ne paremmin yhteen alun perin.

Laitettuaan palapelin palaset yhteen tutkijat luulivat saaneensa melko hyvän teorian muistista: he arvelivat, että kaikki saapuva tieto käsitellään lyhyesti aivokuorella, ennen kuin se konvergoituu virtaussuunnassaan virtaussuuntaan.

Hippokampus lajittelee uutta tietoa, päättää, kuinka ”tärkeää” se on (pohjimmiltaan, näyttääkö se joltain muistamisen arvoiselta?), ja koodaa sen sitten tarvittaessa aivoihin muodostamalla uusia synapseja.

Ajan mittaan tätä muistia edustavat neuronit siirtyvät aivokuorelle pitkäaikaiseen varastointiin, ja niiden yhteydet vahvistuvat joka kerta, kun käytämme muistia.

Viime aikoina kehittyneet menetelmät aivotoiminnan tallentamiseksi ja manipuloimiseksi ovat kuitenkin kääntäneet tämän teorian päälaelleen.

Vuonna 2017 Massachusetts Institute of Technologyn tutkijat osoittivat Takashi Kitamuran johdolla, että lyhyt- ja pitkäkestoinen muisti muodostuvat itse asiassa yhtä aikaa.

Kitamuran työryhmä käytti uusia tekniikoita, jotka sisälsivät optogeneettisiä menetelmiä, eli tapoja, joiden avulla voidaan valon avulla sytyttää soluja päälle- ja pois päältä, sekä yksittäisten muistiytymiskykyisten solujen merkitsemistä. Ryhmä koulutti hiiret pelkäämään tiettyä kammiota antamalla niille pienen sähköiskun, kun ne astuivat kammioon.

Heti harjoittelun jälkeen tutkijat pystyivät näkemään muistisolujen muodostuvan iskusta sekä hippokampuksessa että prefrontaalisella aivokuorella, joka on heti otsan takana oleva alue.

Muistisolut prefrontaalisella aivokuorella pysyivät kuitenkin vaiti. Jälki muistista oli kuitenkin varmasti siellä – kun tutkimusryhmä stimuloi näitä soluja keinotekoisesti, hiiri jähmettyi, aivan kuten se teki silloin, kun hippokampuksen muistisolut olivat aktiivisia ja kun hiiri kohtasi kammion luonnollisesti.

Ei niinkään niin, että muisti olisi vähitellen siirtynyt hippokampuksesta aivokuorelle, vaan näytti siltä, että se oli jo siellä. Kahden viikon aikana aivokuoren muistisolut muuttivat muotoaan ja aktiivisuuttaan ja aktivoituivat lopulta itsestään, kun hiiret kohtasivat kammion, jolloin hippokampuksen muistisolut vaikenivat.

Tällaiset kehittyneet menetelmät ihmisaivojen analysoimiseksi auttavat meitä jatkossakin ymmärtämään tervettä muistia sekä sitä, mitä tapahtuu, kun sairaus raunioittaa muistia.

Alzheimerin tauti on edelleen johtava dementian aiheuttaja, ja se koskettaa Yhdistyneessä Kuningaskunnassakin yli puolta miljoonaa ihmistä. Sairaus tuhoaa hermosolujen välisiä elintärkeitä yhteyksiä, mikä johtaa muistin menetykseen ja sekavuuteen. Parhaista yrityksistämme huolimatta parannuskeinoa ei vieläkään ole.

On kuitenkin olemassa keinoja, joilla voit parantaa muistiasi. Lontoon University Collegessa työskentelevän professori Eleanor Maguiren tutkimus on osoittanut, että maailman parhaiden muistisairaiden aivot eivät poikkea anatomisesti mitenkään muiden aivoista: muistin mestarit vain hyödyntävät ikivanhaa tekniikkaa, jota kutsutaan nimellä ”loci-menetelmä”.

Voidaksesi muistaa suuren määrän kohteita, sijoita ne ”mielen palatsin” ympärille. Tämä voi olla mikä tahansa paikka, jonka tunnet hyvin. Kun haluat palauttaa esineet mieleesi, jäljität vain reittisi ja poimit ne.

Tämä temppu tekee kaikesta helpommin muistettavaksi myöhemmin. Kokeile itse: käy ilmi, että kuka tahansa voi olla supermuistelija.

• Tämä artikkeli ilmestyi ensimmäisen kerran BBC Focus -lehden numerossa 314

.