นักวิทยาศาสตร์เฝ้าดูรูปแบบความทรงจำในสมองที่มีชีวิต

ลองนึกภาพว่าในขณะที่คุณเพลิดเพลินกับชาม Cheerios ยามเช้า แมงมุมตัวหนึ่งตกลงมาจากเพดานและตกลงไปในนม หลายปีต่อมา คุณยังคงไม่สามารถเข้าใกล้ชามซีเรียลได้โดยไม่รู้สึกรังเกียจ

นักวิจัยได้สังเกตโดยตรงว่าเกิดอะไรขึ้นภายในสมองที่เรียนรู้การตอบสนองทางอารมณ์แบบนั้น ใน การศึกษาใหม่ที่ ตีพิมพ์ในเดือนมกราคมใน Proceedings of the National Academy of Sciences ทีมงานจาก University of Southern California ได้เห็นภาพความทรงจำที่ก่อตัวขึ้นในสมองของปลาในห้องปฏิบัติการ ถ่ายภาพภายใต้กล้องจุลทรรศน์ขณะที่พวกมันเบ่งบานในสีเขียวเรืองแสงสวยงาม . จากการทำงานก่อนหน้านี้ พวกเขาคาดว่าสมองจะเข้ารหัสหน่วยความจำโดยปรับแต่งสถาปัตยกรรมประสาทเล็กน้อย นักวิจัยกลับรู้สึกประหลาดใจที่พบการยกเครื่องครั้งใหญ่ในการเชื่อมต่อ

สิ่งที่พวกเขาเห็นตอกย้ำมุมมองที่ว่าความทรงจำเป็นปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับการผสมผสานเส้นทางการเข้ารหัส แต่ยังแนะนำเพิ่มเติมว่าประเภทของหน่วยความจำอาจมีความสำคัญต่อวิธีที่สมองเลือกที่จะเข้ารหัสซึ่งเป็นข้อสรุปที่อาจบอกเป็นนัยว่าเหตุใดการตอบสนองที่กระทบกระเทือนจิตใจอย่างลึกซึ้งบางประเภทจึงยังคงอยู่และยากที่จะเรียนรู้

ผู้เขียนร่วม Scott Fraser นักชีววิทยาเชิงปริมาณของ USC กล่าวว่า “อาจเป็นได้ว่าสิ่งที่เรากำลังมองหาเทียบเท่ากับไดรฟ์โซลิดสเตต” แม้ว่าสมองจะบันทึกความทรงจำบางประเภทในรูปแบบที่ระเหยง่าย ลบออกได้ง่าย แต่ความทรงจำที่หวาดกลัวอาจถูกจัดเก็บไว้อย่างแข็งแกร่งยิ่งขึ้น ซึ่งอาจช่วยอธิบายได้ว่าทำไมในหลายๆ ปีต่อมา บางคนสามารถจำความทรงจำได้ราวกับได้รื้อฟื้นความทรงจำนั้นขึ้นมาใหม่ เขากล่าว

มักมีการศึกษาความจำในเยื่อหุ้มสมอง ซึ่งครอบคลุมส่วนบนของสมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และในสมองส่วนฮิปโปแคมปัสที่ฐาน แต่มีการตรวจสอบน้อยกว่าในโครงสร้างที่ลึกกว่า เช่น ต่อมทอนซิล ซึ่งเป็นศูนย์ควบคุมความกลัวของสมอง ต่อมทอนซิลมีหน้าที่รับผิดชอบเป็นพิเศษสำหรับความทรงจำที่เชื่อมโยงกัน ซึ่งเป็นกลุ่มความทรงจำที่สำคัญที่อัดแน่นด้วยอารมณ์ซึ่งเชื่อมโยงสิ่งต่าง ๆ เข้าด้วยกัน เช่น แมงมุมตัวนั้นในซีเรียลของคุณ แม้ว่าหน่วยความจำประเภทนี้จะพบได้ทั่วไป แต่รูปแบบดังกล่าวก็ยังไม่เข้าใจดีนัก ส่วนหนึ่งเป็นเพราะเกิดขึ้นในบริเวณที่ค่อนข้างเข้าถึงไม่ได้ของสมอง

เฟรเซอร์และเพื่อนร่วมงานเห็นโอกาสที่จะหลีกเลี่ยงข้อจำกัดทางกายวิภาคนั้น และเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการสร้างความทรงจำที่เชื่อมโยงกันโดยใช้ปลาม้าลาย ปลาไม่มีต่อมทอนซิลเหมือนสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม แต่มีบริเวณคล้ายคลึงกันที่เรียกว่าพาลเลียมซึ่งมีความทรงจำที่เชื่อมโยงกัน Fraser อธิบายว่า “ในขณะที่สมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่กำลังพัฒนาเติบโตขึ้นโดยเพียงแค่ขยายใหญ่ขึ้นเท่านั้น – “พองตัวเหมือนเป็นบอลลูน” – สมองของปลาม้าลายเกือบจะกลับกลายเป็น “เหมือนเมล็ดข้าวโพดคั่ว ดังนั้นศูนย์ลึกเหล่านั้น อยู่ใกล้กับพื้นผิวที่เราสามารถจินตนาการได้” ยิ่งไปกว่านั้น ตัวอ่อนของปลาม้าลายยังโปร่งใส ดังนั้นนักวิจัยจึงสามารถมองเข้าไปในสมองของพวกมันได้โดยตรง

นักประสาทวิทยามักเห็นด้วยว่าสมองสร้างความทรงจำโดยการปรับเปลี่ยนไซแนปส์ของมัน ซึ่งเป็นจุดเชื่อมต่อเล็กๆ ที่เซลล์ประสาทมาบรรจบกัน แต่ส่วนใหญ่เชื่อว่าส่วนใหญ่ทำได้โดยการปรับความแรงของการเชื่อมต่อหรือว่าเซลล์ประสาทหนึ่งเซลล์กระตุ้นแรงแค่ไหน Fraser กล่าว

เพื่อให้กระบวนการนั้นมองเห็นได้ Fraser และทีมของเขาได้ดัดแปลงพันธุกรรมของปลาม้าลายเพื่อผลิตเซลล์ประสาทที่มีเครื่องหมายโปรตีนเรืองแสงที่ผูกกับไซแนปส์ของพวกมัน โปรตีนเครื่องหมายที่สร้างขึ้นในห้องทดลองของ Don Arnold ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพและวิศวกรรมชีวภาพที่ USC เรืองแสงภายใต้แสงเลเซอร์สลัวของกล้องจุลทรรศน์แบบกำหนดเอง: ความท้าทายคือ “เพื่อให้สามารถดักฟังบางสิ่งบางอย่างในขณะที่มันเกิดขึ้น ” แต่ใช้แสงน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อหลีกเลี่ยงการไหม้เกรียมสิ่งมีชีวิต Fraser กล่าว นักวิจัยสามารถมองเห็นไม่เพียงแต่ตำแหน่งของไซแนปส์แต่ละตัวเท่านั้น แต่ยังมองเห็นความแรงของไซแนปส์ด้วย ยิ่งแสงสว่างมากเท่าใด การเชื่อมต่อก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น