Záhada pracovní paměti: Změna pohledů, část 1

Abstraktní

Pracovní paměť je velmi zajímavá kvůli její důležitosti v kognitivních funkcích, jejímu vztahu k vědomí a jejímu poškození při nemoci, ale buněčné mechanismy zůstávají nepolapitelné a kontroverzní.

Buněčné mechanismy jsou neoddělitelné od paměti. Výzkumy ukazují, že tvorba a uchovávání paměti souvisí s činností neuronů. Buněčné mechanismy jsou základními jednotkami, které tvoří neurony, takže jejich funkce, struktura a regulace mají důležitý vliv na tvorbu a uchování paměti. Následující text představí proces utváření, uchovávání a zapomínání paměti z pohledu buněčných mechanismů.

Utváření paměti závisí hlavně na změnách v synapsích. Synapse jsou klíčovou součástí komunikace mezi neurony. Jejich spojení určují nejen tvorbu a funkci neuronových sítí, ale jsou také hlavním místem, kde se tvoří paměť. Výzkum zjistil, že sílu a počet synaptických spojení lze zlepšit tréninkem a učením, které se nazývá synaptická plasticita. Synaptická plasticita zahrnuje především dlouhodobou potenciaci (LTP) a dlouhodobou depresi (LTD). LTP může prodloužit excitabilitu neuronů, zvýšit aktivitu neuronů a podpořit tvorbu paměti. LTD naopak může oslabit aktivitu neuronů, což vede k zapomnění a zániku. Synaptická plasticita je proto klíčová pro tvorbu a uchování paměti.

Buněčné mechanismy také hrají důležitou roli při vytváření a uchovávání paměti prostřednictvím neurotransmiterů. Neurotransmitery jsou chemické signály, které komunikují mezi neurony a regulují aktivitu neuronů a synaptickou plasticitu. Minulé výzkumy ukázaly, že dopamin je důležitým neurotransmiterem při tvorbě a uchovávání paměti. Dopamin může podporovat tvorbu LTP a předcházet vzniku LTD, čímž posiluje spojení mezi neurony a podporuje tvorbu a uchovávání paměti.

Buněčné mechanismy navíc ovlivňují i tvorbu a uchování paměti prostřednictvím epigenetické regulace. Epigenetika označuje genetické jevy, které ovlivňují genovou expresi, včetně metylace DNA, modifikací histonů atd. Tyto modifikace mohou měnit úrovně genové transkripce, aktivitu promotoru atd., čímž ovlivňují aktivitu neuronů a vzájemné vazby. Výzkum zjistil, že tvorba a uchovávání paměti souvisí s regulačními mechanismy, jako je modifikace histonů a metylace DNA.

Stručně řečeno, buněčné mechanismy hrají klíčovou roli při vytváření a uchovávání paměti, nejen prostřednictvím synaptické plasticity, modulace neurotransmiterů a epigenetické regulace, ale také prostřednictvím mnoha dalších mechanismů. Proto bychom měli pečlivě studovat tyto mechanismy a porozumět jejich funkcím a způsobům působení, abychom tyto mechanismy lépe využili a podpořili zlepšení naší paměti. Je vidět, že potřebujeme zlepšit paměť. Cistanche deserticola může výrazně zlepšit paměť, protože Cistanche deserticola může také regulovat rovnováhu neurotransmiterů, jako je zvýšení hladiny acetylcholinu a růstových faktorů. Tyto látky jsou velmi důležité pro paměť a učení. Kromě toho může maso také zlepšit průtok krve a podporovat dodávku kyslíku, což může zajistit, že mozek dostane dostatek živin a energie, a tím zlepší mozkovou vitalitu a vytrvalost.

improve cognitive function

Klikněte na vědět doplňky pro zlepšení paměti

Nedávný článek Barbosa a kolegů převrací závěry vlivné studie Wolffa a kolegů, která dospěla k závěru, že pracovní paměť může být udržována ve skrytém stavu přechodnou plasticitou synaptických spojení, která tvoří dynamické soubory neuronů dočasně kódujících informace. Reanalýza dat ukazuje, že v EEG záznamech je trvale elektricky aktivní signatura, která je zachována po dobu trvání pracovní paměti.

Tato analýza přispívá k velkému množství důkazů, které naznačují, že pracovní paměť je zakódována trvalým akčním potenciálem.

Několik studií však ukazuje, že nevědomé (bezobslužné) pracovní vzpomínky lze vyvolat i při absenci měřitelné nervové aktivity, což naznačuje, že mohou být zapojeny elektricky tiché mechanismy. Testování této hypotézy je problematické vzhledem k tomu, že nepředpokládá žádný neuronální výboj, který by bylo možné snadno změřit.

Klíčová slova

Pracovní paměť, pozornost, skryté stavy, podprahové vnímání, synaptická plasticita, EEG, fMRI a krátkodobá paměť.

Na rozdíl od jiných forem paměti, které si uchovávají minulé zkušenosti pro budoucí vyvolání, pracovní paměť udržuje informace v reálném čase při provádění úkolu. Buněčné mechanismy pracovní paměti se také mohou lišit od jiných forem paměti, a to je předmětem probíhajícího výzkumu.

Pracovní paměť má velmi omezenou kapacitu a krátkou dobu trvání (přehled viz Linden 2007), ale tato schopnost je nezbytná pro různé kognitivní funkce a chování. Je hlavní složkou inteligence a pracovní paměť je často snížena poškozením způsobeným stárnutím, nemocí nebo intoxikací.

Existují dvě hlavní teorie mechanismu pracovní paměti; každý z nich je podporován elektrofyziologickými a funkčními daty zobrazování mozku. Nedávná studie (Barbosa a další 2021) převrací závěry klíčové studie (Wolff a další 2017), která podpořila teorii, že pracovní paměť je závislá na synaptické plasticitě závislé na aktivitě.

Toho nebylo dosaženo provedením nových experimentů, ale místo toho opětovnou analýzou dat z dřívějšího článku. Pomocí nových analytických přístupů k opětovné analýze původních dat autoři nacházejí důkazy podporující alternativní hypotézu.

ways to improve your memory

Dvě teorie pro pracovní paměť

Dvě teorie mechanismu pracovní paměti jsou „neuronové sítě umlčující aktivitu“ a „trvalá aktivita“. První navrhuje, že synaptická plasticita závislá na aktivitě spojuje neurony funkčně do přechodných neurálních souborů, které kódují zkušenost (GoldmanRakic 1995). Podle této teorie plasticita závislá na načasování špiček pohání přechodné biochemické změny na jednotlivých synapsích, které zvyšují nebo snižují signalizaci neurotransmiterů, aby vytvořily dynamické neuronové sítě, které si uchovávají zkušenost.

Intracelulární dynamika vápníku, která ovlivňuje synaptický přenos, by mohla být dostatečná k vytvoření přechodných nervových sestav, které jsou dynamicky modifikovány novými informacemi (Mongillo a další 2008). Tyto rychlé změny v synaptické síle závislé na aktivitě rychle odezní; funkční spojení neuronových sítí se rozpustí a pracovní paměť se ztratí.

Dočasné ukládání informací do pracovní paměti krátkými změnami v synaptické síle by umožnilo rychlé zakódování informací, které lze dynamicky aktualizovat, aby se v paměti uchovávaly nové informace v reálném čase. Důležité je, že synapticky vázané neuronové sítě jsou elektricky tiché. To znamená, že informace zakódované v neuronových sítích se během vyvolávání znovu aktivují, podobně jako se ukládají a vybavují krátkodobé a dlouhodobé paměti, nikoli udržováním spouštění akčního potenciálu v těchto obvodech.

Alternativní hypotézou je, že pracovní paměť je udržována vytrvalým spouštěním akčního potenciálu. Nepřetržité zapalování akčních potenciálů by bylo nepravděpodobným a energeticky neefektivním způsobem ukládání informací po dlouhou dobu, ale protože pracovní paměť funguje v reálném čase a přetrvává pouze několik sekund, mechanismy synapticplasticity uchovávání a vybavování informací, které jsou odpovědné za krátkodobé a dlouhodobé paměť nemusí být nutná.

Místo toho by trvalé akční potenciály v neuronových sítích, které jsou zodpovědné za vnímání a zpracování informací, mohly uchovávat informace pro bezprostřední účel provedení specifického kognitivního úkolu. Skutečně, pokud existuje vědomé povědomí o události během provádění chování, lze očekávat trvalé vystřelování akčního potenciálu v kortikálních okruzích.

Existují dlouhodobé důkazy o trvalém potenciálu střelby během doby zpoždění před vyvoláním pracovní paměti. Prefrontální kortex je centrem pracovní paměti, protože zde se různé aspekty smyslové zkušenosti spojují do koherentního schématu. Průkopnické studie na nehumánních primátech prokázaly důležitost prefrontálního kortexu v pracovní paměti (Butters a Pandya 1969) a elektrofyziologické záznamy v 70. letech odhalily neuronální pálení v prefrontálním kortexu opic udržované po dobu trvání úkolu pracovní paměti (Fuster a Alexander 1971).

Podobně zvýšená aktivita udržovaná během období zpoždění při úkolech pracovní paměti byla také prokázána funkční magnetickou rezonancí (fMRI; Courtney a další 1997) a elektroencefalografií (EEG; Foster a další 2016) studiemi na lidech. Senzorická kůra a další oblasti mozku mohou vykazovat podobné chování.

improve brain

Jedna potíž je však v tom, že taková trvalá činnost může být doplňkem základního mechanismu pracovní paměti; například by to mohlo odrážet neurální aktivitu související s pozorností (Lewis-Peacock a další, 2012). Jiné studie skutečně ukázaly, že neurální aktivita může narůstat a slábnout během období zpoždění před vyvoláním. Nervová aktivita často klesá na základní linii a obnovuje svou sílu na konci období zpoždění, kdy se předpokládá, že si přivolání potřebné k provedení opakujícího se úkolu (Barak a další, 2010).

Tyto studie společně naznačují, že ačkoli trvalé vystřelování akčního potenciálu může doprovázet pracovní paměť, jiné elektricky tiché mechanismy mohou v některých případech zachovat pracovní paměť. Jedno šetrné vysvětlení je, že obsluhované pracovní vzpomínky (ty, které jsou uchovány ve vědomém uvědomění) a bezobslužné (nevědomé) pracovní vzpomínky mohou fungovat prostřednictvím různých buněčných mechanismů.

Attended versus UnnattendedWorking Memory

Pracovní paměť lze udržovat bez vědomí a poté si ji vybavit po vhodném vodítku, jako když člověk zapomene na svůj myšlenkový sled v rozhovoru, ale pak si ji okamžitě vybaví, když si připomene, co bylo řečeno jen pár sekund předtím.

Na podporu toho může jediný puls TMS (transkraniální magnetická stimulace) obnovit ztracenou vizuální pracovní paměť ve studiích na lidech a zvýšit úrovně nervové aktivity detekované fMRI a EEG, které svědčí o vyvolání paměti (Rose a další, 2016). To podporuje hypotézu, že bezobslužné paměti jsou ukládány jinými mechanismy, než je odpalování trvalého akčního potenciálu.

V těchto experimentech jsou účastníkům prezentovány současně dva předměty na obrazovce počítače. Po krátké prodlevě jim bylo řečeno, na koho z těch dvou si vzpomenout. Takto získaný obraz se stává středem pozornosti a je udržován ve stavu obsluhované pracovní paměti.

improve memory