Πώς ο εγκέφαλός μας αποφασίζει ποιες μνήμες θα συγκρατήσει;

Για πολλά χρόνια οι επιστήμονες γνώριζαν ότι κατά τη διάρκεια του ύπνου, ο εγκέφαλος πραγματοποιεί ένα είδος «καθαρισμού» της μνήμης, κατά τη διάρκεια του οποίου οι σκέψεις και οι εμπειρίες της ημέρας είτε μετατρέπονται σε μακροπρόθεσμες μνήμες είτε απορρίπτονται.

Αυτή η διαδικασία είναι απολύτως λογική, δεδομένου ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος, όσο μεγάλος και αν είναι, δεν θα μπορούσε να αποθηκεύσει όλες τις πληροφορίες που λαμβάνουμε σε μια μέρα.

Μέχρι πρόσφατα, οι ερευνητές δεν κατανοούσαν τον μηχανισμό με τον οποίο ο εγκέφαλος επιλέγει τι θα κρατήσει. Ωστόσο, σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Science», ερευνητές κατέδειξαν για πρώτη φορά ότι κατά τη διάρκεια της ημέρας, ο εγκέφαλος ακολουθεί μια σειρά βημάτων για να επισημάνει ορισμένες μνήμες που θα αποθηκευτούν το βράδυ.

Με αυτόν τον μηχανισμό επιλέγει ποιες εμπειρίες είναι αρκετά σημαντικές, ώστε να αποθηκευτούν ως μακροπρόθεσμες μνήμες και ποιες θα αφεθούν να ξεθωριάσουν.

Πώς ο εγκέφαλος αποθηκεύει μνήμες

Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι κατά τη διάρκεια της ημέρας, ταυτόχρονες κυματικές δράσεις νευρώνων δημιουργούν αυτό που ονομάζεται «κυματικές εκρήξεις» (sharp wave ripples), οι οποίες ουσιαστικά «επισημαίνουν» στον εγκέφαλο ότι αυτή η μνήμη – αυτή η πληροφορία – είναι σημαντική και πρέπει να αποθηκευτεί αργότερα το βράδυ.

Παρόλο που αυτές οι κυματικές εκρήξεις συμβαίνουν λιγότερο συχνά κατά τη διάρκεια της ημέρας, ο ρόλος τους είναι κρίσιμος, καθώς τη νύχτα πραγματοποιούνται 2.000 έως 4.000 τέτοιες εκρήξεις, προκαλώντας τη συμπύκνωση των συλλογών μνήμης του εγκεφάλου.

«Οι κυματικές εκρήξεις είναι ένα μοτίβο που εμφανίζεται στον ιππόκαμπο και σε κατάσταση εγρήγορσης αυτό είναι το μοτίβο που επιλέγει τι θα αποθηκευτεί μόνιμα και τι θα απορριφθεί», λέει ο György Buzsaki, Καθηγητής Νευροεπιστημών στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης και επικεφαλής της έρευνας.

Αυτές οι κυματικές εκρήξεις αποτελούν το πιο συγχρονισμένο μοτίβο στον εγκέφαλο των θηλαστικών και συμβαίνουν όταν ο εγκέφαλος είναι «εκτός σύνδεσης», δηλαδή σε κατάσταση αδράνειας κατά τη διάρκεια της ημέρας είτε τη νύχτα.

Πώς η ανάπαυση επηρεάζει την αποθήκευση μνήμης

Φαίνεται ότι ο εγκέφαλος «κόβει» τις εμπειρίες της ημέρας και τις συνδυάζει με άλλες εμπειρίες. Κάποιες αφαιρούνται και οι σκέψεις συμπυκνώνονται. «Πολλά μέρη των εμπειριών μας, στο πλαίσιο αυτής της διαδικασίας, κόβονται και συνδέονται με άλλες εμπειρίες, χρησιμοποιώντας αυτό το μοτίβο στον ιππόκαμπο», λέει ο Buzsaki.

Ως μέρος της μελέτης, οι ερευνητές άφησαν τρωκτικά να τρέξουν μέσα σε ένα λαβύρινθο πολλές φορές και παρακολούθησαν τον εγκέφαλό τους κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Ανακάλυψαν ότι όταν τα ποντίκια ήταν σε κατάσταση ανάπαυσης και έπιναν ζαχαρόνερο, τότε συνέβαιναν οι κυματικές εκρήξεις.

Όσο περισσότερο παρέμεναν τα ποντίκια σε κατάσταση ανάπαυσης, τόσο περισσότερες κυματικές εκρήξεις παρατηρούνταν στον εγκέφαλό τους. Μετά την ανάπαυσή τους και έχοντας υποστεί πολλαπλές κυματικές εκρήξεις κατά τη διάρκεια της νύχτας, η εμπειρία του λαβύρινθου που επαναλήφθηκε την επόμενη μέρα ήταν αυτή που συνέβη ακριβώς πριν από την ανάπαυση.

«Παρόλο που η έρευνα διεξήχθη σε ποντίκια, ορισμένες διεργασίες του εγκεφάλου έχουν παραμείνει σχεδόν ίδιες, καθώς τα θηλαστικά εξελίχθηκαν. Έτσι τα ευρήματα μπορούν να μας πουν πολλά για τον εαυτό μας», υπογράμμισε ο Buzsaki.

«Ένα ενδιαφέρον εύρημα της νέας έρευνας είναι η ανακάλυψη ότι μπορεί να υπάρξουν κυματικές εκρήξεις όταν το ποντίκι στέκεται ακίνητο και ο εγκέφαλός του ουσιαστικά είναι σε κατάσταση αδράνειας», σημείωσε στο NBC η Daniela Schiller, καθηγήτρια Νευροεπιστημών και Ψυχιατρικής στο Icahn School of Medicine.

«Η μελέτη έδειξε ότι τα γεγονότα που ακολουθούνται από παύση και ηλεκτρικές εκρήξεις στον εγκέφαλο είναι αυτά που θα βρούμε στη μακροπρόθεσμη μνήμη», συμπλήρωσε η Daphna Shohamy, διευθύντρια του Zuckerman Institute στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια. «Αν παρατηρήσετε ζώα, μπορείτε να τα δείτε να κάνουν παύση κατά τη διάρκεια της ημέρας έπειτα από μια νέα σημαντική εμπειρία», υπογράμμισε.

Οι δύο αλγόριθμοι του εγκεφάλου και η σημασία της «παύσης»

Αποδεικνύεται, λοιπόν, ότι ο εγκέφαλος έχει δύο λειτουργίες ή αλγόριθμους: έναν αλγόριθμο απόκτησης και έναν αλγόριθμο αποθήκευσης. Δεν είναι ότι ο εγκέφαλος βρίσκεται σε κατάσταση ανάπαυσης όταν κοιμόμαστε, αλλά αποθηκεύει όσα επισημάνθηκαν κατά τη διάρκεια της ημέρας. «Οι κυματικές εκρήξεις συμβαίνουν και όταν δεν είμαστε προσηλωμένοι σε κάτι, αλλά είναι εξίσου σημαντικές με την κατάσταση εγρήγορσης», λέει ο Buzsáki.

Η έρευνα δείχνει ότι υπάρχουν πράγματα που μπορούμε να κάνουμε, για να αυξήσουμε την πιθανότητα μια μνήμη να αποθηκευτεί μόνιμα. «Αν, όπως τα ποντίκια, κάνουμε παύση μετά από μια εμπειρία, αυτό μπορεί να βοηθήσει να εδραιωθεί το γεγονός στη μακροπρόθεσμη μνήμη», σημειώνει. «Χρειαζόμαστε αυτή την περίοδο χαλάρωσης, αυτήν όταν δεν δίνουμε ιδιαίτερη προσοχή σε τίποτα, για να επιτρέψουμε στις κυματικές εκρήξεις να εκδηλωθούν. Αυτή η διαδικασία εγρήγορσης είναι ένα ουσιαστικό μέρος της δημιουργίας μιας μόνιμης μνήμης».

Αυτός είναι και ο λόγος που τα διαλείμματα είναι τόσο σημαντικά για τη λειτουργία του εγκεφάλου σε υψηλότερο επίπεδο. Μια βόλτα ή ένας χαλαρωτικός καφές είναι ο καλύτερος τρόπος για να συγκρατήσουμε στο μυαλό μας κάτι περίπλοκο. Πρέπει να βρισκόμαστε για κάποιο διάστημα σε κατάσταση ανάπαυσης κατά τη διάρκεια δημιουργικής εργασίας, για να επιτύχουμε τα καλύτερα αποτελέσματα.

«Ο Jim Gnadt, εκ των επικεφαλής της Ομάδας Ολοκληρωμένων και Ποσοτικών Νευροεπιστημών για την πρωτοβουλία BRAIN του NIH, που δεν συμμετείχε στη μελέτη», λέει στο Discover Magazine ότι αυτή η έρευνα προάγει την κατανόηση του πώς λειτουργεί η μνήμη στο επόμενο επίπεδο. «Μας δίνει μια καλύτερη ιδέα γιατί κατά τη διάρκεια του ύπνου ο εγκέφαλος κρατάει συγκεκριμένες μνήμες και όχι άλλες», σημειώνει.

Ο εγκέφαλός μας εργάζεται συνεχώς για να συλλέξει και να αποθηκεύσει και αυτή είναι μια επιπλέον κατανόηση του μηχανισμού για το πώς όλα αυτά συνδυάζονται. Οι συνειδητές παύσεις και η νυχτερινή ανάπαυση είναι κρίσιμες για τη μετατροπή των σημαντικών εμπειριών σε μόνιμες μνήμες. Αυτή η γνώση μπορεί να βοηθήσει στην ανάπτυξη στρατηγικών για τη βελτίωση της μνήμης και της μάθησης.