גלה כיצד המוח יוצר זיכרונות חדשים, משמר את הישן

מדענים פיתחו מודל מתמטי חדש המסייע להסביר כיצד המורכבות הביולוגית של המוח האנושי מאפשרת לו להניח זיכרונות חדשים מבלי למחוק ישנים.

תהליכי המוח האנושיים כה מורכבים עד שמדענים פיתחו מודלים מתמטיים על מנת להבין אותם במלואם. (מקור: Pixabay)

מחקר חדש מראה כיצד המוח שלנו יוצר זיכרונות חדשים, מבלי למחוק את המבוגרים יותר.

מדעני קולומביה פיתחו מודל מתמטי חדש המסייע להסביר כיצד המורכבות הביולוגית של המוח האנושי מאפשרת לו להניח זיכרונות חדשים מבלי למחוק ישנים, וממחישים כיצד המוח שומר על נאמנותם של זכרונות במשך שנים, עשרות שנים או אפילו חיים שלמים.

רשימה של סוגי כרישים

מודל זה יכול לסייע למדעני המוח לתכנן מחקרים ממוקדים יותר של זיכרון, וגם לעורר התקדמות בחומרה נוירומורפית, מערכות מחשוב עוצמתיות בהשראת המוח האנושי.

המוח כל הזמן מקבל, מארגן ומאחסן זיכרונות. תהליכים אלה, שנחקרו באינספור ניסויים, הם כה מורכבים עד שמדענים פיתחו מודלים מתמטיים על מנת להבין אותם במלואם, אמר סטפנו פוסי, המחבר הבכיר בעיתון. המודל שפיתחנו מסביר לבסוף מדוע הביולוגיה והכימיה העומדות בבסיס הזיכרון כה מורכבות, וכיצד מורכבות זו מניעה את יכולתו של המוח לזכור.

סבורים כי זיכרונות מאוחסנים בסינפסות, מבנים זעירים על פני השטח של נוירונים. סינפסות אלה פועלות כצינורות ומעבירות את המידע הנמצא בתוך פולסים חשמליים העוברים בדרך כלל מנוירון לנוירון. בדגמי הזיכרון המוקדמים ביותר, עוצמת האותות החשמליים שעברו בסינפסות הושוותה לכפתור עוצמת קול בסטריאו; הוא חייג כדי להגביר (או למטה כדי להוריד) את חוזק החיבור בין נוירונים. זה איפשר היווצרות זיכרונות.

מודלים אלה עבדו היטב, מכיוון שהם היוו כושר זיכרון עצום. אבל הם גם הציבו דילמה מסקרנת.

הבעיה במודל פשוט, דמוי חיוג של תפקוד הסינפסות, היא כי ההנחה היא שניתן לחייג או להוריד את הכוח ללא הגבלת זמן, אמר ד'ר פוסי והוסיף, אבל בעולם האמיתי זה לא יכול לקרות. בין אם זה כפתור הווליום במערכת סטריאו או מערכת ביולוגית כלשהי, חייבת להיות מגבלה פיזית לכמה היא יכולה להסתובב.

כאשר הוטלו גבולות אלה, יכולת הזיכרון של דגמים אלה קרסה.

עכביש שחור שעיר עם כתמים לבנים

אז ד'ר פוסי, בשיתוף עם חוקר מכון צוקרמן, לארי אבוט, הציע חלופה שכל סינפסה מורכבת יותר מחוגה אחת בלבד, ובמקום זאת יש לתאר אותה כמערכת עם מספר חיוגים.

בשנת 2005, ד'ר פוסי ואבוט פרסמו מחקר שהסביר את הרעיון הזה. הם תיארו כיצד חיוגים שונים בתוך סינפסה יכולים לפעול במקביל ליצירת זיכרונות חדשים תוך הגנה על ישנים. אבל אפילו מודל זה, הבינו המחברים מאוחר יותר, נופל ממה שהם האמינו שהמוח, במיוחד המוח האנושי, יכול להחזיק.

הבנו שהמרכיבים הסינפטיים השונים, או החוגים, לא רק מתפקדים בלוחות זמנים שונים, אלא גם מתקשרים אחד עם השני, אמר מרקוס בננה, המחבר הראשון של העיתון Nature Neuroscience של היום. ברגע שהוספנו את התקשורת בין המרכיבים למודל שלנו, יכולת האחסון גדלה בגורם עצום והפכה להיות הרבה יותר מייצגת את מה שהושג בתוך המוח החי.

תראה מה עוד עושה חדשות.

ד'ר בננה השווה את מרכיבי הדגם החדש הזה למערכת של כוסות המחוברות זו לזו באמצעות סדרת צינורות.

במכלול של כוסות מחוברות, כל אחת ממולאת בכמויות מים שונות, הנוזל נוטה לזרום ביניהן כך שרמות המים משתוות. במודל שלנו הכוסות מייצגות את המרכיבים השונים בתוך סינפסה, הסביר ד'ר בננה. הוספת נוזל לאחד הכוסות או הסרת חלק ממנו מייצגת קידוד של זיכרונות חדשים. עם הזמן, זרימת הנוזל המתקבלת תתפזר על פני הכוסות האחרות, תואמות לאחסון לטווח ארוך של זיכרונות.

שני החוקרים מקווים שעבודה זו תוכל לסייע למדעני המוח במעבדה, על ידי פעולה כמסגרת תיאורטית להנחיית ניסויים עתידיים, ובסופו של דבר תוביל לאפיון שלם ומפורט יותר של המוח.

סוגים שונים של עצים עם שמות

למרות שהבסיס הסינפטי של הזיכרון מתקבל היטב, לא מעט בשל עבודתם של חתן פרס נובל ומנהל המכון של צוקרמן, ד'ר אריק קנדל, הבהרה כיצד סינפסות תומכות בזיכרונות לאורך שנים רבות ללא הידרדרות הייתה קשה ביותר, אמר ד'ר אבוט. ד'ר בננה ופוסי צריכים לשמש מדריך לחוקרים הבוחנים את המורכבות המולקולרית של הסינפסה.

גם ההשלכות הטכנולוגיות של מודל זה מבטיחות. ד'ר פוסי הסתקרנה זה מכבר מחומרה נוירומורפית, מחשבים שנועדו לחקות מוח ביולוגי.

כיום, חומרה נוירומורפית מוגבלת ביכולת הזיכרון, שיכולה להיות נמוכה באופן קטסטרופלי כאשר מערכות אלה נועדו ללמוד באופן אוטונומי, אמר ד'ר פוסי יצירת מודל טוב יותר של זיכרון סינפטי יכולה לסייע בפתרון בעיה זו, ולהאיץ את התפתחותם של מכשירים אלקטרוניים. הן קומפקטיות והן חסכוניות באנרגיה וחזקות בדיוק כמו המוח האנושי.

מאמר זה שכותרתו, עקרונות חישוביים של איחוד הזיכרון הסינפטי מתפרסם באינטרנט ב- Nature Neuroscience.

תמונות עצי הרים עם שמות

המאמר לעיל מיועד למטרות מידע בלבד ואינו מהווה תחליף לייעוץ רפואי מקצועי. פנה תמיד להנחיית הרופא או גורם רפואי מוסמך אחר בכל שאלה שיש לך בנוגע לבריאותך או למצב רפואי.