Fluctuațiile spontane ale stării cerebrale influențează formarea memoriei în timp real
Cele mai multe momente din viața de zi cu zi sunt rapid uitate, în timp ce alte amintiri rămân cu noi toată viața. Cum determină creierul care amintiri sunt păstrate și care sunt pierdute rămâne o întrebare deschisă. O echipă de neuroscienți de la Universitatea din Tübingen, condusă de Andrea Burgalossi de la Institutul de Neurobiologie și Centrul Werner Reichardt pentru Neuroscience Integrativă (CIN), a descoperit că fluctuațiile spontane ale stării interne a creierului influențează cât de pregătit este sistemul de memorie să stocheze informații noi. Studiul a fost publicat în ultima ediție a revistei Nature Communications.
Oamenii de știință au folosit șoareci pentru a investiga mecanismele neuronale ale formării memoriei, concentrându-se pe hipocamp, o regiune a creierului cunoscută ca fiind esențială în formarea amintirilor episodice. Hipocampul mamiferelor, inclusiv al șoarecilor și al oamenilor, conține neuroni numiți celule de loc care reprezintă experiențele în creier.
În condiții de laborator, cercetătorii au expus șoarecii la medii diferite și au observat cum celulele de loc devin active. Diferite grupuri de celule de loc reprezintă medii diferite. Observarea activității lor este similară cu observarea formării sau reactualizării amintirilor în timp real.
Echipa a înregistrat activitatea acestor neuroni asociați memoriei în timp ce monitoriza și starea internă a creierului animalelor. Creierul este un sistem dinamic și, chiar și în timpul imobilității, starea sa fluctuează rapid între niveluri mai ridicate și mai scăzute de alertă și excitație. „Starea internă a creierului poate fi estimată din dimensiunea pupilei”, afirmă Nicola Sartorato, cercetător la CIN. „Când devenim mai alertați sau implicați, pupilele noastre se dilată. Același lucru este valabil și pentru șoareci.”
Cercetătorii au constatat că fluctuațiile spontane ale stării interne influențează semnificativ care neuroni de memorie sunt activi în orice moment, chiar și atunci când animalul este complet în repaus. „Un subset specific de celule de loc a devenit deosebit de activ atunci când animalele au devenit mai alertați”, explică Nicola, „sugestia fiind că starea internă poate remodela rapid substratul neuronal al amintirilor episodice.” Aceste schimbări au fost reflectate și în ritmurile cerebrale: tipare de activitate neuronală cunoscute sub numele de oscilații theta – considerate a reflecta procesele de codare a memoriei – au devenit mai puternice sau mai slabe în funcție de starea internă.
Cercetătorii au întrebat apoi dacă fluctuațiile în starea internă reflectă momente în care creierul devine mai plastic și capabil de schimbare. „Plasticitatea este esențială pentru memorie, deoarece este procesul prin care creierul stochează fizic experiențele”, afirmă Andrea Burgalossi. Pentru a forma o amintire, neuronii trebuie să își ajusteze rapid conexiunile și să își reorganizeze tiparele de activitate astfel încât informațiile noi să fie codificate. „Acest lucru este deosebit de important pentru memoria episodică, deoarece evenimentele pe care le experimentăm în viață se întâmplă o singură dată. Nu există repetiție, nu există repetiție – astfel că creierul trebuie să le capteze și să le stocheze rapid și eficient în timp real”, mai spune Burgalossi.
Din această perspectivă, cercetătorii au ipotezat că fluctuațiile în starea internă ar putea influența nu doar indirect memoria, ci ar putea controla activ momentele în care creierul este într-o stare mai pregătită pentru schimbare. Pentru a testa acest lucru, au stimulat neuroni individuali asociați memoriei în timpul acestor stări. Remarcabil, aceasta a fost suficient pentru a crea noi tipare de activitate asemănătoare memoriei: stimularea a declanșat formarea unor noi răspunsuri specifice locului, generând efectiv noi „celule de memorie” în rețea. În ansamblu, constatări sugerează că hipocampul – centrul memoriei episodice a creierului – este extrem de dinamic și pare să intre în perioade scurte în care devine deosebit de pregătit să se reorganizeze. „Ce este captivant este că acum putem studia aceste procese într-un mod controlat, concentrându-ne pe momentele în care creierul este natural mai plastic”, afirmă Burgalossi. Prin identificarea și, potențial, controlul acestor feronii de plasticitate crescută, studiul deschide o nouă cale de investigare a mecanismelor neuronale prin care amintirile sunt formate fizic în creier.
