Mergând pe stradă, o femeie aude un bubuit. Câteva momente mai târziu, ea descoperă că iubitul ei, care mergea înainte, a fost împușcat. O lună mai târziu, femeia ajunge la secția de urgențe. Zgomotele făcute de către camioanele de gunoi, spune ea, îi provoacă atacuri de panică. Creierul ei formase o legătură profundă și de durată, între sunetele puternice și imaginea devastatoare a propriului soț, la care a fost martoră.
Această poveste, împărtășită de către psihiatrul și co-autorul unui nou studiu, Mohsin Ahmed, reprezintă un exemplu puternic al capacității creierului de a-și aminti și conecta evenimentele din perioade de timp diferite. În publicația din cadrul jurnalului Neuron, ce vizează noul studiu efectuat pe șoareci, oamenii de știință din cadrul Institutului Zuckerman din Columbia, au dezvăluit modalitatea prin care creierul poate forma astfel de legături durabile.
Aceștia au detectat un mecanism surprinzător prin care hipocampul, o regiune cerebrală definitorie pentru memorie, construiește punți de-a lungul timpului, aparent întâmplătoare. Ele alcătuiesc, de fapt, un model complex care, în timp, ajută creierul să perceapă aceste asocieri. Prin relevarea circuitelor subordonate, din spatele învățării asociative, rezultatele pun bazele unei mai bune înțelegeri a anxietății și a bolilor traumatice, precum tulburările de stres post-traumatic și a celor de panică, în care un eveniment aparent neutru poate provoca un efect negativ.
„Știm că hipocampul este important în ceea ce privește formele de învățare care implică realizarea unor conexiuni între două evenimente, petrecute chiar și într-un interval cuprins între 10 și 30 de secunde distanță între acestea”, declară Attila Losonczy, cercetător principal în cadrul Institutului de Comportament al Creierului, Mortimer B. Zuckerman, din Columbia și autor în cadrul lucrării. „Această abilitate reprezintă cheiasupraviețuirii, dar mecanismele din spatele ei s-au dovedit a fi evazive. Cu studiul efectuat în prezent, pe șoareci, am cartografiat calculele complexe pe care creierul le întreprinde pentru a lega evenimente distincte, care sunt separate în timp.”
Hipocampul, o regiune mică, având forma unuicăluț de mare, îngropată adânc în creier, este un sediu important pentru învățare și memorie. Experimentele anterioare realizate peșoareci au arătat faptul că întreruperea hipocampului,are drept rezultat apariția unor probleme în ceea ce privește capacitatea de a asocia două evenimente separate, chiar și la interval de câteva zeci de secunde.
„Opinia prevalentă a constat în faptul că celulele din hipocamp păstrează un nivel de activitate persistentă pentru a asocia astfel de evenimente”, declară doctorul Ahmed, profesorde neuroștiință, în cadrul Colegiului Medicilor si Chirurgilor din Vagelos și autor al studiului. „Dezactivarea acestor celule ar perturba, astfel, învățarea.”
Pentru a testa acest punct de vedere tradițional, cercetătorii au imortalizat părți ale hipocampului șoarecilor, în timp ce animalele au fost expuse la doi stimuli diferiți: un sunet neutru, urmat de un pufăit mic, dar totuși neplăcut. Acestea au avut loc la un interval de cincisprezece secunde distanță. Oamenii de știință au repetat acest experiment pe parcursul mai multor studii. De-a lungul timpului, șoarecii au învățat să asocieze sunetul neutru cu sunetul pufului de aer, care urmează imediat după acesta. Folosind microscopia avansată cu doi fotoni și imagistica funcțională a calciului, cercetătorii au înregistrat activitatea a mii de neuroni, un tip de celulă creierului, în hipocampul animalelor, simultan, pe parcursul fiecărui studiu, timp de mai multe zile.
„Cu această abordare, am putea imita, deși într-un mod mult mai simplu, procesul pe care îl creează propriile noastre creiere, atunci când încercămsă conectăm două evenimente”, declară Losonczy, care este și profesor de neuroștiință în cadrul Colegiului Medicilor și Chirurgilor din Columbia.
Pentru a înțelege mai bine informațiile pe care le-au colectat, cercetătorii au făcut echipă cu neurocercetătorii, în vederea realizării de calcule, care dezvoltă instrumente matematice avansate pentru a analiza cantități vaste de date experimentale.
„Ne-am așteptat să vedem o activitate neuronală repetată, continuă, care să persistepe tot parcursulpauzei de cincisprezece secunde, o indicație a hipocampului în ceea ce privește legătura dintre tonul auditiv și puful de aer”, susține Stefano Fusi, neurologul de calcul,cercetătorîn cadrul Institutului Zuckerman din Columbia și autor principal al lucrării. „Dar când am început să analizăm datele, nu am văzut o astfel de activitate.”
În schimb, activitatea neuronală înregistrată în timpul decalajul de cincisprezece secunde a fost redusă. Doar un număr mic de neuroni a fost activ și a făcut acest lucru aparent la întâmplare. Această activitate sporadică este diferită în comparație cu activitatea continuă pe care creierul o afișează în timpul altor sarcini de învățare și memorie, cum ar fi memorarea unui număr de telefon.
„Activitatea pare să se potrivească și să înceapă să acționeze la perioade de timp intermitente și aleatorii, pe parcursul unei sarcini date”, a declarat James Priestley, instruit de către Losonczy și Fusi, în cadrul Institutului Zuckerman din Columbia și autor al lucrării. „Pentru a înțelege activitatea, a trebuit să schimbăm modul în care am analizat datele și să folosim instrumente concepute pentru a da sens proceselor aleatorii.”
În cele din urmă, cercetătorii au descoperit un model, respectiv un stil de calcul mental care pare a fi o modalitate extrem de eficientă, prin care neuronii stochează informații. În loc să comunice între ei în mod constant, neuronii economisesc energie. Acest lucru este posibil, cel mai probabil, prin codificarea informațiilor în conexiunile dintre celule, numite sinapse, mai degrabă decât prin activitatea electrică a celulelor.
„Ne-am bucurat să vedem faptul că activitatea creierului nu este menținută în mod continuu în toate aceste secunde, deoarece, din punct de vedere metabolic, nu este cel mai eficient mod de a stoca informații”, a declarat Fusi, profesor de neuroștiință în cadrulColegiului Medicilor și Chirurgilor din Vagelos,Columbia. „Creierul pare să aibă o modalitate mai eficientă de a construi această legătură, ceea ce bănuim că ar putea implica schimbarea forței sinapselor.”
Pe lângă faptul că ajută la cartografierea circuitelor implicate în învățarea asociativă, aceste descoperiri oferă, de asemenea, un punct de plecare pentru a explora mai în profunzime tulburările care implică disfuncții în memoria asociativă, cum ar fi panica și tulburarea de stres post-traumatică.
„În timp ce studiul nostru nu modelează în mod explicit vreunul dintresindroamele clinice ale acestor tulburări, acesta cuprinde informații extraordinare”, susține domnul doctor Ahmed, care este, de asemenea, membru al laboratorului Losonczy, din cadrul Institutului Zuckerman din Columbia. „Spre exemplu, acesta ne poate ajuta să modelăm unele aspecte cu privire la ceea ce se întâmpla în creier atunci când pacienții se confruntă cu o frică, apărută în urma unei asocieri între două evenimente care nu ar provoca în mod normalacest sentiment.”