Iskanje spominov z dekodiranjem možganov

Vsak spomin pusti sled v možganih, vendar šele razvoj sodobnih tehnik opazovanja tega zapletenega organa omogoča natančno raziskovanje in boljše razumevanje nevrobioloških mehanizmov, na katerih temeljijo procesi pomnjenja in učenja.

Obstoja fiziološkega zapisa posameznega spomina, tako imenovanega engrama, raziskovalcem dolgo ni uspelo dokazati. Ameriški psiholog Karl Lashley je bil eden prvih znanstvenikov, ki si je prizadeval najti engram in je temu posvetil velik del kariere. Okoli leta 1916 je začel izvajati poskuse s podganami, da bi odkril spominske sledi v možganih. Živalim je sistematično odstranjeval dele možganske skorje in opazoval njihovo vedenje, ko so tekle skozi preprost labirint. Pogosto je poškodba možganskega tkiva povzročila le malo razlike, saj so podgane še vedno precej učinkovito obvladovale labirint in hitro našle hrano. Na podlagi dolgoletnih poskusov je prišel do prepričanja, da spomini ne morejo biti uskladiščeni v enem samem možganskem predelu, ampak so razpršeni po celotnih možganih, kot je zapisal leta 1950 v svoji znani in vplivni razpravi V iskanju engrama.

Tehnologija slikanja možganov je do danes tako napredovala, da raziskovalci lahko opazujejo možgansko aktivnost, ki ustvarja engram. »Tehnika, ki se najpogosteje uporablja, funkcijska magnetna resonanca (fMRI), ne more razločiti posameznih nevronov, temveč pokaže območja aktivnosti v različnih delih možganov. Običajno se fMRI uporablja zgolj za določitev možganskih regij, ki se najmočneje odzivajo na različne naloge, zdaj pa lahko z zmogljivimi orodji za analizo slikovnih podatkov vidimo tudi značilne vzorce možganske aktivnosti, ki se pojavlja, ko ljudje prikličejo spomin na določeno izkušnjo. To je eden najpomembnejših dosežkov v sodobni kognitivni nevroznanosti,« ugotavlja Michael Kahana, nevroznanstvenik na Univerzi v Pensilvaniji, v članku, objavljenem v zadnji številki revije Scientific American Mind.

Priklic spomina na slavno osebnost

Nove vpoglede je omogočil razvoj analize prostorskih vzorcev (multi-voxel pattern analysis – MVPA), ki jo imenujejo tudi tehnika dekodiranja možganov. V raziskavi, ki jo je s sodelavci izvajal Sean Polyn z Vanderbiltove univerze, so ljudje opazovali slike slavnih osebnosti, znanih krajev in predmetov. Slikovne podatke, ki so jih pridobili s funkcijsko magnetno resonanco, so analizirali z metodo MVPA, ki je pokazala vzorce možganske aktivnosti, povezane z opazovanjem vsake od treh skupin slik. V nadaljevanju eksperimenta so udeležence snemali, ko so se poskušali spomniti in našteti vse, kar so videli na slikah, pri čemer so se pojavili vzorci nevronskih aktivnosti, značilni za posamezne skupine slik, že nekaj sekund pred odgovorom. Preden so, na primer, imenovali neko slavno osebnost, se je že pojavil značilen vzorec, ki je vključeval aktivacijo dela možganske skorje, kjer se obdelujejo informacije o obrazih.


»To dokazuje, da se ob priklicu določenega spomina možgani vrnejo v stanje, v katerem so bili, ko so to informacijo vkodirali,« ob tem ugotavlja kognitivna nevroznanstvenica Janice Chen z Univerze Johnsa Hopkinsa, ki skuša način dekodiranja spominov s to metodo raziskati še bolj natančno. V svoji raziskavi je udeležencem predvajala prvo epizodo BBC-jeve detektivske nadaljevanke Sherlock in jih nato prosila, naj zgodbo opišejo. Ljudje so zaplet opisali zelo različno, toda ko so s sodelavci analizirali posnetke njihove možganske aktivnosti, so presenečeni ugotovili, da čeprav so pripovedovali različne verzije istega prizora, so njihovi možgani pokazali zelo podobne vzorce nevronske aktivnosti.

Raziskovalna skupina Chenove je dognala, da je mogoče vzorce možganske aktivnosti, ki se pojavljajo ob gledanju 50 prizorov začetne epizode, jasno razlikovati. Med drugim so lahko razlikovali prizore, na katerih se je pojavil Sherlock, od prizorov, na katerih slavnega detektiva ni bilo, in odlomke, ki so se dogajali zunaj oziroma znotraj zgradbe. Podobno možgansko aktivnost so opazili celo pri ljudeh, ki nadaljevanke nikoli niso gledali, temveč so samo slišali druge o tem pripovedovati.
 

Razvrščanje spominov

»Zelo smo bili presenečeni, ko smo videli enak odtis spomina na isti prizor, ki so ga različni ljudje opisovali s svojimi besedami in ga tudi razumeli vsak po svoje,« pravi Janice Chen. Rezultati nakazujejo, dodaja, da so »morda spomin, obdelovanje pojmov in kompleksno mišljenje pri ljudeh organizirani bolj podobno, kot bi pričakovali«.

Po teh izsledkih začenjajo znanstveniki proučevati, kako spomini učinkujejo drug na drugega in kako se spreminjajo s časom. Na Univerzi v New Yorku uporablja nevroznanstvenica Lila Davachi metodo MVPA za raziskovanje, kako možgani razvrščajo spomine, ki imajo skupne vsebine. V eni od študij je pokazala ljudem slike 128 predmetov, ki so se pojavljali v enem od štirih prizorov. Vrč se je na primer pojavil na obali, prizor mesta pa skupaj z dežnikom in podobno. V enem prizoru se je vedno pojavil le po en predmet, različni predmeti pa so se pojavljali v enem od štirih okolij. Ko so se sodelujoči skušali spomniti, kateri predmeti in okolja so se na slikah pojavili skupaj, je najprej vsak predmet izzval drugačen vzorec možganske aktivacije, toda teden dni kasneje so si nevronski vzorci med izvajanjem iste naloge postali bolj podobni pri priklicu predmetov, ki so se povezovali z istimi prizori.

»Raziskava je pokazala, da so možgani preuredili spomine v skladu z informacijo o skupnem prizoru. To združevanje po našem mnenju pomeni začetke spoznavanja bistva informacije,« pojasnjuje Davachijeva.

»Spomini, povezani v skupine, pomagajo ljudem uporabiti prejšnje znanje, ko se učijo novih stvari,« pravi nevroznanstvenica Alison Preston s Teksaške univerze v Austinu. V študiji, ki jo je opravila s sodelavci, so ugotovili, da ko ljudje vidijo en par slik (na primer žogo in konja) in kasneje vidijo drugi par (na primer konja in jezero), ki vsebujeta skupni predmet, njihovi možgani reaktivirajo nevronski vzorec, ki je povezan s prvim parom. Ljudje, pri katerih se je pojavil ta učinek med učenjem, so kasneje bolje prepoznali povezavo med dvema slikama, ki se sicer nista pojavili skupaj (v tem primeru žoga in jezero). »Možgani nenehno ustvarjajo nove povezave in gradijo znanje, ki presega naše neposredno opazovanje,« poudarja Prestonova in dodaja, da je zmožnost povezovanja delčkov informacij izredno pomembna tudi za ustvarjalnost in predvidevanje razvoja dogodkov v prihodnosti.