Το κέντρο μνήμης του εγκεφάλου δεν ξεκινά ως άγραφος πίνακας, υποδηλώνει μελέτη

Το κέντρο μνήμης του εγκεφάλου μπορεί να είναι “προ-καλωδιωμένο”, αντί να χτίζεται από το μηδέν μετά τη γέννηση, σύμφωνα με μια νέα μελέτη σε ποντίκια.

Η έρευνα, που δημοσιεύθηκε τον Απρίλιο στο περιοδικό Nature Communications, προσφέρει μια νέα οπτική σε ένα μακροχρόνιο ερώτημα στη νευροεπιστήμη: Ο εγκέφαλος ξεκινά ως άγραφος πίνακας και χτίζει μνήμες προσθέτοντας συνδέσεις μέσω της εμπειρίας, ή έρχεται με ενσωματωμένη καλωδίωση;

Η νέα έρευνα επικεντρώθηκε στον ιππόκαμπο, μια δομή σε σχήμα ιππόκαμπου βαθιά στον εγκέφαλο που είναι απαραίτητη για τον σχηματισμό μνημών.

Αντί να υποστηρίζει άμεσα είτε τη μία είτε την άλλη θεωρία, η έρευνα υποδεικνύει την τελευταία ιδέα, αλλά προσθέτει μια σημαντική ανατροπή.

Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν σε μια περιοχή του ιππόκαμπου που ονομάζεται cornu ammonis 3 (CA3), η οποία διαδραματίζει κεντρικό ρόλο στην αποθήκευση και ανάκληση μνημών. Ένα χαρακτηριστικό γνωστό ως πλαστικότητα επιτρέπει στους νευρώνες εντός του CA3 να ενισχύουν και να αποδυναμώνουν συνεχώς τις συνδέσεις τους και έτσι να ενισχύουν ή να αποδυναμώνουν διαφορετικές μνήμες.

Η ομάδα εξέτασε ιστό εγκεφάλου ποντικών που συλλέχθηκε λίγο μετά τη γέννηση, κατά την εφηβεία ή κατά την ενηλικίωση. Διαπίστωσαν ότι νωρίς στη ζωή, τα δίκτυα του ιππόκαμπου είναι πυκνά συνδεδεμένα, με πολλούς νευρώνες υπερσυνδεδεμένους σε ένα φαινομενικά τυχαίο μοτίβο. Καθώς ο εγκέφαλος ωριμάζει, αυτά τα τυχαία δίκτυα γίνονται πιο αραιά αλλά πιο δομημένα καθώς οι συνδέσεις κλαδεύονται. Αυτό το κλάδεμα ξεκινά λίγο μετά τη γέννηση, με σημαντικές μειώσεις στη συνδεσιμότητα μέχρι την εφηβεία.

Το εύρημα αντικρούει την ιδέα ότι ο ιππόκαμπος ξεκινά ως άγραφος πίνακας, ή “tabula rasa”.

“Βρίσκουμε, με λίγα λόγια, ότι το σύστημα δεν είναι tabula rasa, όπως σκεφτόμασταν αρχικά, όπου μπορείς απλώς να γράψεις πληροφορίες και μετά σε κάποιο σημείο, αυτές οι πληροφορίες γεμίζουν το σύστημα”, δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Peter Jonas, νευροεπιστήμονας στο Ινστιτούτο Επιστημών και Τεχνολογίας της Αυστρίας. “Αντίθετα, ξεκινά ως tabula plena [γεμάτος πίνακας] και στη συνέχεια γίνεται πιο αραιό και ειδικά συνδεδεμένο.”

Αυτό το μοτίβο μπορεί να βοηθήσει στην εξήγηση γιατί θυμόμαστε τόσο λίγα από τη βρεφική ηλικία.

Οι μνήμες θεωρείται ότι αποθηκεύονται εντός δικτύων νευρώνων που πυροδοτούνται μαζί, αντιπροσωπεύοντας συγκεκριμένες εμπειρίες. Σε έναν νεαρό εγκέφαλο, ωστόσο, αυτές οι συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων, που ονομάζονται συνάψεις, συμπεριφέρονται διαφορετικά, υποδηλώνει η μελέτη. Σε νεαρό εγκεφαλικό ιστό, μια μόνο είσοδος θα μπορούσε να προκαλέσει πυροδότηση ενός νευρώνα, διαπίστωσε η ομάδα, ενώ σε ώριμα δίκτυα, οι νευρώνες συνήθως απαιτούν πολλαπλές εισόδους για να πυροδοτηθούν.

Ο Jonas δήλωσε ότι η ομάδα εξεπλάγη όχι μόνο από το πρώιμο κλάδεμα των συνδέσεων, αλλά και από το πόσο ισχυρές ήταν αυτές οι πρώιμες συνδέσεις. “Θα μπορούσατε να σκεφτείτε ότι νωρίς στην ανάπτυξη, έχετε αδύναμες και ασθενείς συνάψεις, αλλά βρήκαμε το αντίθετο”, είπε στο Live Science.

Αυτή η διέγερση έρχεται με ένα κόστος, ωστόσο: Όταν οι νευρώνες ενεργοποιούνται πολύ εύκολα, διαφορετικές εμπειρίες μπορούν να προκαλέσουν επικαλυπτόμενα μοτίβα δραστηριότητας. Εάν αυτή η επικάλυψη είναι πολύ μεγάλη, ο εγκέφαλος μπορεί να δυσκολευτεί να διακρίνει τη μία μνήμη από την άλλη. Αντί να σχηματίζει διακριτά δίκτυα, μπορεί να παράγει ευρύτερες, λιγότερο συγκεκριμένες μνήμες. Με άλλα λόγια, το σύστημα είναι πολύ ενεργό αλλά όχι πολύ ακριβές.

Αυτή η ανακρίβεια μπορεί να επηρεάσει και τη συμπεριφορά. Για παράδειγμα, μελέτες σε τρωκτικά δείχνουν ότι τα νεαρά ζώα μαθαίνουν να φοβούνται μια περιοχή ενός κλουβιού όπου έλαβαν ένα ελαφρύ σοκ, παγώνοντας όταν επιστρέφουν σε αυτήν. Αλλά σε αντίθεση με τους ενήλικες, που παγώνουν σε αυτήν ακριβώς την τοποθεσία, τα νεαρά ζώα έχουν αυτήν την αντίδραση και σε παρόμοια περιβάλλοντα – οπότε η μνήμη υπάρχει, αλλά δεν είναι ακριβής.

Καθώς ο εγκέφαλος ωριμάζει, οι νευρώνες γίνονται πιο επιλεκτικοί και απαιτούν πολλαπλές εισόδους για να πυροδοτηθούν. Το αποτέλεσμα είναι πιο διακριτά, ξεχωριστά δίκτυα που μεταφράζονται σε συγκεκριμένες και σταθερές μνήμες. Οπότε όσον αφορά την αδυναμία ανάκλησης της πρώιμης παιδικής ηλικίας, μπορεί οι πρώτες μας μνήμες να είναι πολύ αόριστα καθορισμένες για να διατηρηθούν μακροπρόθεσμα.

Τα ευρήματα είναι σύμφωνα με ένα αυξανόμενο σώμα ερευνών σχετικά με το πώς αναπτύσσεται η μνήμη, δήλωσε η Hauður Freyja Ólafsdóttir, επίκουρη καθηγήτρια στο Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour στο Radboud University της Ολλανδίας.

“Είναι συναρπαστικό από πολλές απόψεις”, δήλωσε η Ólafsdóttir, η οποία δεν συμμετείχε στη μελέτη, στο Live Science. “Υπάρχει πολλή δουλειά στην αναπτυξιακή ψυχολογία που υποδηλώνει ότι η μνήμη γίνεται πιο συγκεκριμένη με την ηλικία. Και έτσι είναι κάπως ενδιαφέρον ότι τώρα, σε επίπεδο κυκλώματος, βλέπουμε επίσης ότι τα μοτίβα συνδεσιμότητας γίνονται πιο αραιά.”

Τι οδηγεί, λοιπόν, την καλωδίωση του εγκεφάλου πριν από τη γέννηση; Αυτή η πυκνή, πρώιμη συνδεσιμότητα μπορεί να προκύπτει από μια γενετικά προγραμματισμένη αναπτυξιακή διαδικασία. Στη συνέχεια, μετά τη γέννηση, η εμπειρία βελτιώνει την καλωδίωση, πρότεινε ο Jonas.

Τα ευρήματα δεν αποκλείουν την πιθανότητα οι εμπειρίες πριν από τη γέννηση να αφήνουν μόνιμα ίχνη στον εγκέφαλο. Αλλά η Ólafsdóttir πιστεύει ότι αυτές οι πρώιμες μορφές μάθησης βασίζονται σε διαφορετικά νευρωνικά συστήματα από τα ώριμα κυκλώματα του ιππόκαμπου.

“Δεν αμφισβητώ ότι υπάρχουν και ότι έχουν επιρροή”, είπε, αναφερόμενη σε προγεννητικές εμπειρίες. “Αφήνουν ένα ίχνος, ας πούμε, στον εγκέφαλό μας και πιθανώς και στην ψυχολογία μας.”

Αλλά αυτά τα ίχνη μπορεί να μην μοιάζουν με τις λεπτομερείς μνήμες που σχηματίζονται αργότερα στη ζωή.

Όταν ρωτήθηκε αν οι συνδέσεις που σχηματίζονται πριν από τη γέννηση αντιπροσωπεύουν αληθινές μνήμες ή είναι απλώς ένα παραπροϊόν της προγεννητικής ανάπτυξης, ο Jonas είπε: “Το δεύτερο είναι πιο πιθανό.”

Ο “γεμάτος πίνακας” μπορεί να δίνει στον εγκέφαλο ένα κρίσιμο προβάδισμα, επιτρέποντας στους νευρώνες να συνδέουν γρήγορα διαφορετικούς τύπους πληροφοριών, όπως εικόνες, ήχους και μυρωδιές. Εάν ο εγκέφαλος ξεκινούσε ως άγραφος πίνακας, οι νευρώνες θα μπορούσαν να είναι υπερβολικά αραιά συνδεδεμένοι για να βρεθούν, καθιστώντας την πρώιμη επικοινωνία δύσκολη, πιστεύουν οι συγγραφείς της μελέτης.

Ξεκινώντας με ένα υπερσυνδεδεμένο δίκτυο, ο ιππόκαμπος μπορεί να διασφαλίζει ότι η απαραίτητη καλωδίωση είναι ήδη στη θέση της, θεωρητικολόγησε ο Jonas.