Gdzie powstają wspomnienia i skąd wiemy?

Bez wspomnień bylibyśmy zgubieni. To nici, które trzymają nasze życie razem, łącząc to, kim byliśmy, z tym, kim jesteśmy.

Ale dopiero niedawno poskładaliśmy do kupy niezwykłą naukę o mózgu, która za nimi stoi – historię, która obejmuje amnezję, pałace umysłu i upiorne karnawały.

Jedna z naszych pierwszych analogii do zrozumienia pamięci pochodzi ze starożytnej Grecji, gdzie Platon porównał wspomnienia do rycin na woskowej tabliczce, a jego ulubiony uczeń, Arystoteles, nadal używał tego w swoich własnych pismach.

Zapomnienie, powiedział Arystoteles, wystąpiło w dzieciństwie, ponieważ wosk był zbyt miękki, a w podeszłym wieku, ponieważ był zbyt twardy.

Dla niego wspomnienia nie były zlokalizowane w mózgu, ale w całym ciele. Uważał, że mózg jest obecny jedynie po to, by chłodzić gorące serce – siedzibę naszej duszy.

Tendencja do przedkładania serca nad mózg trwała przez wieki – częściowo z powodu kościelnego zakazu przeprowadzania sekcji ludzkiego mózgu. W rzeczywistości, to nie było aż do 17 wieku, że ludzie zaczęli zdawać sobie sprawę, że mózg miał zdolność do myślenia w ogóle.

To był niemiecki filozof Hermann Ebbinghaus, który był pionierem pierwszego naukowego badania pamięci pod koniec 19 wieku. Mniej zależało mu na tym, gdzie wspomnienia znajdują się w mózgu, a bardziej na tym, jak działa pamięć.

W swoich najsłynniejszych eksperymentach Ebbinghaus stworzył listę ponad 2000 nonsensownych słów, takich jak „kaf” czy „nid”, które następnie zapamiętał i próbował sobie przypomnieć z czasem. Odkrył, że mamy tendencję do zapominania w sposób wykładniczy – to znaczy, że zapominamy dużo wkrótce po nauce, a następnie z czasem zapominamy coraz wolniej.

Zaklasyfikował również trzy rodzaje pamięci w psychologii: pamięć sensoryczną, pamięć krótkotrwałą i pamięć długotrwałą – oznaczenia, które są używane do dziś.

Pamięć sensoryczna jest pierwszym rodzajem pamięci, który dostaje się do mózgu: trwa przez ułamek sekundy. Dotyk ubrania na skórze, zapach ogniska. Jeśli nie zajmiemy się tą pamięcią, znika ona na dobre. Zastanów się jednak nad nim, a przeniesiesz je do pamięci krótkotrwałej.

Używasz jej cały czas, nie zdając sobie z tego sprawy. Na przykład, możesz zrozumieć, co dzieje się na końcu tego zdania tylko dlatego, że pamiętasz, co stało się na początku.

Nasza pamięć krótkotrwała ma podobno pojemność około siedmiu pozycji, które można utrzymać w umyśle przez około 15 do 30 sekund. Przećwiczenie tych elementów byłoby sposobem na przeniesienie ich do pamięci długotrwałej – naszego pozornie nieograniczonego magazynu do przechowywania wspomnień na długi czas.

Teorie umysłu

W ciągu następnych dziesięcioleci inni nadal rozwijali nasze rozumienie pamięci. Jednym z najbardziej wpływowych był brytyjski psycholog Frederic Bartlett.

W 1914 roku przeprowadził serię eksperymentów, w których poprosił studentów o przeczytanie historii i powtórzenie jej z pamięci.

Analizując, jak historia zmieniała się w ciągu dni, miesięcy i lat, wysunął (obecnie sprawdzoną) teorię, że wspomnienia są niedoskonałymi rekonstrukcjami wydarzeń. Stwierdził, że w rzeczywistości pamiętamy tylko niewielką część oryginalnej obserwacji, a luki uzupełniamy odniesieniami kulturowymi i wiedzą osobistą.

Ale mimo coraz lepszego zrozumienia, jak działa ludzka pamięć, nadal pozostawało wiele pytań. Gdzie przechowywane są wspomnienia? Jak wygląda pamięć? Na te pytania amerykański psycholog Karl Lashley spędził całą swoją karierę, próbując znaleźć odpowiedź.

Jego najważniejsze eksperymenty polegały na poszukiwaniu śladów pamięci w określonych obszarach kory mózgowej szczurów – pofałdowanej, zewnętrznej warstwie mózgu, która odgrywa rolę w poznaniu, percepcji zmysłowej, podejmowaniu decyzji i wielu innych kluczowych funkcjach.

Od 1935 r. systematycznie uszkadzał określone obszary kory mózgowej przed lub po przeszkoleniu szczurów do znajdowania wyjścia z labiryntu. Jednak bez względu na to, którą część mózgu usunięto, szczury nadal pamiętały, jak wyjść z labiryntu, lepiej niż szczury, które nigdy nie były szkolone.

Lashley doszedł do wniosku, że nasza zdolność uczenia się i zapamiętywania musi być rozłożona na wiele części mózgu, a nie leżeć w jednym regionie.

Jeden szczególny pacjent okazał się kluczowy dla tej idei: młody mężczyzna o imieniu Henry Molaison.

Cierpiąc na poważne napady padaczkowe przez większość swojego życia, Molaison zgodził się na drastyczne leczenie eksperymentalne. W 1953 roku chirurdzy wywiercili otwory w jego mózgu i wyssali obszary odpowiedzialne za napady – region w kształcie konika morskiego po obu stronach mózgu zwany hipokampem

Operacja zakończyła się sukcesem, ponieważ w dużym stopniu wyleczyła jego napady, ale Molaison został z głęboką amnezją, niezdolny do tworzenia nowych wspomnień długoterminowych.

Jednakże, Molaison mógł pamiętać większość swojej przeszłości aż do kilku lat przed operacją. Później odkryto, że mógł on również tworzyć wspomnienia proceduralne, rodzaj pamięci długotrwałej odpowiedzialnej za wiedzę, jak coś zrobić, np. jeździć na rowerze.

Kłopoty z pamięcią Molaisona dowiodły, że hipokamp był niezbędny do tworzenia większości nowych wspomnień, ale same wspomnienia były przechowywane w innym miejscu w mózgu.

Badacze, w tym neurobiolog prof. Suzanne Corkin, kontynuowali regularne testowanie Molaisona przez następne 46 lat – chociaż dla Molaisona każdy dzień, w którym rozmawiali, był jak pierwszy. „To zabawna rzecz”, powiedział Molaison do Corkin. „Po prostu żyjesz i uczysz się. Ja żyję, a ty się uczysz.”

Ale choć Molaison walnie przyczynił się do przekonania społeczności badawczej, że za pamięć nie odpowiada jeden jedyny region mózgu, nie odpowiedział na pytanie, jak powstaje pamięć.

Neurony, które strzelają razem, drutują razem

W 1906 roku Camillo Golgi i Santiago Ramón y Cajal otrzymali wspólnie Nagrodę Nobla za postępy w technikach barwienia komórek, które wykazały anatomię neuronu.

Dzięki ich pracy naukowcy wiedzieli, że w mózgu znajdują się miliony neuronów, które przekazują sobie wiadomości w postaci impulsów elektrycznych. Kiedy impuls dociera do końca jednego neuronu, powoduje uwolnienie chemicznych posłańców zwanych neuroprzekaźnikami, które przechodzą przez szczelinę lub synapsę i przyczepiają się do sąsiedniego neuronu.

To sprawia, że drugi neuron ma większe lub mniejsze szanse na wystrzelenie swojego własnego impulsu. Ale to, jak te neurony tworzyły pamięć długotrwałą, wciąż pozostawało tajemnicą

Czytaj więcej o mózgu i pamięci:

• Kluczowy eksperyment
• Okres czasu

Tak było do 1949 roku, kiedy Donald Hebb opublikował jedną z najbardziej wpływowych teorii neuronauki w ubiegłym wieku. Napisał, że wszelkie dwie komórki mózgowe, które są wielokrotnie aktywne w tym samym czasie będzie miał tendencję do stają się „związane”.

Ich anatomii i fizjologii zmieni się tak, że tworzą nowe połączenia lub wzmocnić istniejące. Działalność w jednym, powiedział, będzie następnie ułatwić działalność w innym. Często można znaleźć to streszczone jako „neurony, które strzelają razem, drut razem.”

Po prostu, jeśli dwa pojęcia, powiedzmy zapach róży i jego nazwa, wielokrotnie stymulować ich szacunku neuronów w mózgu w tym samym czasie, te neurony będzie zmienić kształt i wzmocnić to połączenie.

Neurony związane z zapachem róży będą teraz z większym prawdopodobieństwem stymulować neurony odpowiedzialne za jej nazwę

To, powiedział Hebb, jest proces, który leży u podstaw przechowywania wspomnień długoterminowych. Takie wspomnienia przetrwają, ponieważ są teraz unikalną częścią architektury neuronów. Im częściej są przywoływane, tym silniejsze i trwalsze staje się wspomnienie.

Mniej więcej w tym samym czasie kanadyjski chirurg Wilder Penfield zademonstrował, jak stymulowanie części kory mózgowej może wywołać wspomnienie.

Operował ludzi z epilepsją, którzy byli przytomni podczas operacji. Operując jedną kobietę, stymulował obszar nakładający się na hipokamp, w obrębie kory mózgowej.

Jego pacjentka mówiła: „Wydaje mi się, że słyszę gdzieś matkę wołającą swojego małego chłopca, wydaje mi się, że to coś, co wydarzyło się przed laty w okolicy, w której mieszkam.”

Penfield ponownie stymulował to miejsce i ponownie zawołał głos matki. Przesunął bodziec nieco w lewo i nagle kobieta usłyszała więcej głosów. Była późna noc, powiedziała, i dochodziły one z wesołego miasteczka.

„Jest tam wiele dużych wagonów, których używają do ciągnięcia zwierząt”.

Drobne wstrząsy aktywności zastosowane przez Penfielda zdawały się ożywiać dawno zapomniane wspomnienia – jak sięganie do zakurzonego albumu i wybieranie zdjęcia na chybił trafił.

• Instant Genius: the Brain
• Memory could depend on the time of the day, study in mice suggests
• Childhood hardship linked to memory decline later in life
• How do psychedelics affect the brain?

Recalling memories is a mysterious process that is still not fully understood. Jednak dzięki prof. Elizabeth Loftus, wówczas na Uniwersytecie w Waszyngtonie, wiemy, że nasze przypominanie sobie nie zawsze jest dokładne.

W latach 90. wykazała ona, że fałszywe wspomnienia można wszczepiać ludziom do umysłów. Przekonała ludzi o udawanych uduszeniach, bliskich utonięciach, a nawet opętaniach przez demony. Wykazała, że zmęczenie, narkotyki i niski iloraz inteligencji mogą wpływać na to, jak bardzo ktoś jest narażony na tworzenie fałszywych wspomnień.

Jej praca ujawniła coś dość niezwykłego: że nasze wspomnienia, raz uformowane, nie są stałe. Za każdym razem, gdy przywołujemy wspomnienie, wzmacniamy ścieżki neuronalne, które je wytworzyły, a czyniąc to, wzmacniamy i utrwalamy to wspomnienie, tak że zostaje ono na stałe zakorzenione w naszych umysłach.

Ale na krótki czas podczas tego procesu odzyskiwania nasza pamięć staje się plastyczna – jesteśmy w stanie zmienić jej kształt, a czasem ją zanieczyścić.

Hipokamp: gdzie powstają wspomnienia

Dzięki postępującym technikom obrazowania, badania ponownie skupiły się na określeniu, gdzie w mózgu przechowywane są wspomnienia. Wiemy teraz, że hipokamp wkracza do akcji, aby skleić różne aspekty pojedynczego wspomnienia razem.

Indeed, kiedy ludzie próbują nauczyć się nowych skojarzeń i przywołać je później, ci, których hipokamp wygenerował największą aktywność podczas uczenia się skojarzeń, są najlepsi w przywoływaniu ich w przyszłości.

To tak, jakby skleili je lepiej w pierwszej kolejności.

Połączywszy wszystkie elementy układanki, badacze sądzili, że mają całkiem niezłą teorię pamięci: przypuszczali, że wszystkie napływające informacje są na krótko przetwarzane w korze mózgowej, zanim zbiegną się w hipokampie.

Hipokamp sortuje nowe informacje, decydując, jak bardzo są one „ważne” (czy wyglądają na coś, co warto zapamiętać?), a następnie, jeśli to konieczne, koduje je w mózgu, tworząc nowe synapsy.

Z czasem neurony reprezentujące tę pamięć migrują do kory mózgowej w celu długotrwałego przechowywania, a ich połączenia są wzmacniane za każdym razem, gdy uzyskujemy dostęp do pamięci.

Jednakże zaawansowane metody rejestrowania i manipulowania aktywnością mózgu niedawno wywróciły tę teorię na nice.

W 2017 r. badacze z Massachusetts Institute of Technology, kierowani przez Takashi Kitamurę, wykazali, że wspomnienia krótko- i długoterminowe są w rzeczywistości tworzone jednocześnie.

Zespół Kitamury wykorzystał nowe techniki, które obejmowały optogenetykę, czyli sposób włączania i wyłączania komórek za pomocą światła, wraz z etykietowaniem poszczególnych komórek pamięci. Zespół wytrenował myszy, by bały się konkretnej komory, poddając je niewielkiemu wstrząsowi elektrycznemu, gdy do niej wchodziły.

Bezzwłocznie po treningu badacze byli w stanie zaobserwować wspomnienia wstrząsu tworzące się zarówno w hipokampie, jak i w korze przedczołowej, obszarze tuż za czołem.

Jednakże komórki pamięci w korze przedczołowej milczały. Jednak ślad pamięci z pewnością tam był – kiedy zespół sztucznie stymulował te komórki, mysz zastygała, tak samo jak wtedy, gdy komórki pamięci w hipokampie były aktywne i gdy mysz naturalnie napotkała komorę.

Wyglądało na to, że pamięć nie migrowała stopniowo z hipokampa do kory, lecz już tam była. W ciągu dwóch tygodni komórki pamięci kory mózgowej zmieniały kształt i aktywność, aż w końcu same stawały się aktywne, gdy myszy napotykały komorę, w którym to momencie komórki pamięci hipokampa stawały się nieme.

Tak zaawansowane metody analizy ludzkiego mózgu będą nadal pomagać nam zrozumieć zdrową pamięć, jak również to, co dzieje się, gdy jest ona niszczona przez chorobę.

Alzheimer pozostaje główną przyczyną demencji, dotykając ponad pół miliona osób w Wielkiej Brytanii. Choroba ta niszczy istotne połączenia między neuronami, prowadząc do utraty pamięci i dezorientacji. Pomimo naszych najlepszych starań, nadal nie ma lekarstwa.

Istnieją jednak sposoby, dzięki którym można poprawić swoją pamięć. Badania przeprowadzone przez profesor Eleanor Maguire z University College London wykazały, że mózgi najlepszych zapamiętywaczy na świecie nie różnią się od mózgów innych ludzi pod względem anatomicznym: mistrzowie pamięci po prostu wykorzystują starożytną technikę zwaną „metodą loci”.

Aby zapamiętać dużą liczbę przedmiotów, umieść je wokół „pałacu umysłu”. Może to być dowolne miejsce, które dobrze znasz. Aby przypomnieć sobie przedmioty, po prostu cofasz się w czasie i podnosisz je.

To sztuczka, która sprawia, że wszystko łatwiej sobie przypomnieć w późniejszym czasie. Spróbuj sam: okazuje się, że każdy może być superpamiętającym.

• Ten artykuł ukazał się po raz pierwszy w numerze 314 magazynu BBC Focus

.