به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در مطالعه‌ای که اخیراً در نیچر منتشر شده است، محققان دانشگاه استنفورد و دانشگاه ییل به بررسی تأثیر متقابل بین حافظه کوتاه‌مدت و بلندمدت در حیوانات پرداخته‌اند. یادگیری و حافظه در حشرات توسط ساختاری به نام بدن قارچ کنترل می‌شود که مشابه هیپوکامپ در پستانداران است. در حالی که مطالعات قبلی این موضوع را در حشرات مورد بررسی قرار داده‌اند، محققان این مطالعه می‌خواستند بفهمند که چگونه پاسخ‌های از قبل موجود و ذاتی به محرک‌ها بر یادگیری تداعی‌های جدید تأثیر می‌گذارد و چگونه این خاطرات در طول زمان شکل می‌گیرند و حفظ می‌شوند. سرپرست این پروژه تحقیقاتی درباره اینکه چه چیزی او را به دنبال این تحقیق سوق داد، افزود: از دوران کودکی، من مجذوب این بودم که خاطرات ما چقدر می‌توانند زنده باشند و چگونه می‌توانند رفتار و شخصیت یک فرد را شکل دهند. محققان این مطالعه بر روی مغز مگس سرکه تمرکز کردند. محققان با استفاده از ترکیبی از تکنیک‌های تصویربرداری تجربی و مدل‌سازی محاسباتی، فعالیت عصبی مگس‌های میوه را هنگام انجام آزمایش‌های شرطی‌سازی انجمنی بویایی مشاهده کردند.

دوپامین و حافظه

ترشح دوپامین با تجربیات پاداش دهنده مرتبط است و حافظه آن تجربه را تقویت می‌کند. اساساً، دوپامین به عنوان سیگنالی عمل می‌کند که اتفاق خوبی افتاده است و به خاطر سپردن آن آسان‌تر می‌شود. این به رمزگذاری خاطرات جدید و تقویت رفتارهای آموخته شده کمک می‌کند و در شکل گیری حافظه کوتاه مدت و بلند مدت نقش دارد. همچنین به ذخیره و بازیابی حافظه کمک می‌کند و در طول زمان خاطرات را تثبیت می‌کند. محققان پیشنهاد می‌کنند که نورون‌های دوپامین در مغز مگس میوه، اطلاعات حاصل از پاسخ های ذاتی و تجربیات آموخته شده را با محرک‌های حسی ادغام می‌کنند. به عبارت دیگر، دوپامین به پردازش و یکسان‌سازی اطلاعات به دست آمده از دو منبع کمک می‌کند و بر نحوه پاسخ مغز به محرک‌های حسی تأثیر می‌گذارد. سرپرست تیم تحقیقاتی افزود: کار ما یک مفهوم جدید از تعاملات بین مناطق ذخیره‌سازی حافظه کوتاه مدت و بلند مدت مغز را معرفی می کند. مفاهیم سنتی بر یکپارچه سازی سیستم ها متمرکز بودند، که در آن حافظه‌های ساکن در مناطق ذخیره سازی کوتاه مدت در طول فعالیت آفلاین به مناطق ذخیره سازی طولانی مدت منتقل می‌شوند. در اینجا، محققان یک تعامل متفاوت بین محفظه‌های حافظه کوتاه مدت و بلند مدت را کشف کردند.

تصویربرداری ولتاژ برای مطالعه عصبی

برای بخش تجربی این مطالعه، محققان از 500 مگس میوه استفاده کردند که آنها را در معرض بوهای مختلف قرار دادند. این مگس‌های میوه برای هدف قرار دادن نورون‌های خاص و دستکاری فعالیت آن‌ها اصلاح ژنتیکی شدند. برخی از بوها با محرک‌های مثبت یا منفی (مانند پاداش یا تنبیه) همراه شدند. این آزمایش می‌کند که مگس‌ها چقدر می‌توانند ارتباط بین یک بو و نتیجه را یاد بگیرند و به خاطر بسپارند. محققان در توضیح علت استفاده از مگس سرکه افزودند: مغز مگس سرکه یک مدل عالی برای درک منطق و مکانیسم های اساسی یادگیری و حافظه با واسطه دوپامین ارائه می‌دهد. با وجود داشتن تعداد قابل توجهی از نورون‌های دوپامین در مقایسه با پستانداران، سیستم دوپامین مگس سرکه عملکردهای حفاظت‌شده‌تری را در فرآیندهای یادگیری و حافظه نشان می‌دهد. برای اندازه‌گیری پاسخ مگس‌ها به محرک‌های مختلف، محققان با استفاده از تصویربرداری ولتاژ، فعالیت اسپکینگ عصبی (ارتباط بین نورون‌ها) را اندازه‌گیری کردند. این روش سیگنال‌های الکتریکی را با اندازه گیری تغییرات ولتاژ در غشای نورون می گیرد. هنگامی که یک نورون شلیک می‌شود، یک تغییر در ولتاژ وجود دارد که می‌توان با استفاده از حسگرها یا رنگ های خاص تصویربرداری کرد. برای بخش محاسباتی کار خود، محققان مدلی از مدار بدن قارچ را ایجاد کردند که هم توسط سیم‌کشی مغز مگس و هم داده‌های spiking تجربی آن‌ها محدود می‌شود تا دینامیک حافظه را توضیح داده و پیش‌بینی کند.

گیتینگ، بازخورد و نقش دوپامین

محققان دریافتند که نورون‌های دوپامین در مغز مگس میوه پاسخ‌های ذاتی و آموخته‌شده به پاداش‌ها، تنبیه‌ها و بوها را به‌طور ناهمگن رمزگذاری می‌کنند. این سیگنال ها نحوه ذخیره و فراموشی خاطرات در مغز را تنظیم می‌کنند. وقتی خاطرات کوتاه‌مدت شکل می‌گیرد، فرآیندی را آغاز می‌کند که دروازه‌ای را برای تضعیف اتصالات بین سلول‌های مغز باز می‌کند و به نورون‌های دوپامین اجازه می‌دهد تا نشانه‌های ذاتی و آموخته‌شده را بهتر پردازش کنند، که به نوبه خود به شکل‌گیری خاطرات بلندمدت کمک می‌کند. این دروازه از طریق یک تعامل فیدبک اتفاق می‌افتد، به موجب آن سیگنال‌های خروجی از واحد حافظه کوتاه‌مدت بر فعالیت ورودی به واحد حافظه بلندمدت تأثیر می‌گذارند. پس از ایجاد یک حافظه کوتاه مدت، این تعامل بازخورد اجازه می‌دهد تا یک حافظه بلند مدت به سرعت در طی ارائه‌های اضافی از همان ارتباطی که منجر به حافظه کوتاه مدت اولیه شد، شکل گیرد. محققان همچنین دریافتند که قدرت این دروازه به مجموع خطی پاسخ‌های ذاتی و آموخته شده قبلی نشانه های حسی بستگی دارد. علاوه بر این، مدل محاسباتی نشان داد که چگونه دوپامین تعامل بین حافظه کوتاه مدت و بلند مدت را واسطه می‌کند. محققان دریافتند که زمان تمرین برای خاموش کردن حافظه و اهمیت طبیعی بوها بر قدرت و ماندگاری این خاطرات تأثیر می‌گذارد.

نگاه به جلو

یافته‌های این مطالعه نشان می‌دهد که چگونه قسمت‌های مختلف با هم کار می‌کنند تا حافظه کوتاه مدت و بلند مدت را تشکیل دهند. آنها درک مکانیکی از نحوه تعامل اطلاعات ذاتی و آموخته شده در مغز برای شکل دادن به رفتار ارائه می‌دهند. علاوه بر این، نقش دوپامین در میانجیگری تعامل بین حافظه کوتاه مدت و بلند مدت نیز آشکار می‌شود. این مکانیسم می‌تواند بینش‌هایی را برای شناسایی مدارهای مشابه در پستانداران ارائه دهد. در نهایت، یافته‌های محققان ممکن است برای توسعه مداخلات یا درمان بیماری‌های مرتبط با زوال عقل در انسان مفید باشد. محققان این مطالعه در مورد اینکه چگونه مطالعه آنها ممکن است بر حوزه علوم اعصاب به عنوان یک کل تأثیر بگذارد عنوان کردند: پیامدهای بیولوژیکی داده‌ها و نتایج مدل‌سازی ما بسیار گسترده است و ممکن است بینش محاسباتی مهمی را در مورد سیستم حافظه پویا ارائه دهد و الهام‌بخش جدید باشد.

پایان مطلب./