O întrebare veche din neuroștiință este cum reușește creierul să adauge experiențe noi fără să șteargă ceea ce a învățat deja. Un studiu publicat în Nature și relatat de The Debrief propune un răspuns la nivel de circuit: în hipocamp ar exista un mecanism de tip „memory switchboard”, adică un sistem de rutare care separă fluxurile de informație folosind aceleași celule, dar în tipare diferite de activitate.
O piesă lipsă în felul în care creierul păstrează amintirile
Cercetarea a fost realizată de oameni de știință de la NYU Langone Health, care au înregistrat simultan activitatea a sute de neuroni din mai multe regiuni ale creierului la șoareci. Echipa a urmărit modul în care semnalele circulă de la hipocamp către neocortex, zona în care sunt păstrate amintirile de lungă durată, și a observat că un subset de neuroni din hipocamp pare să participe la direcționarea informației între regiuni prin canale distincte.
Aceleași celule, roluri diferite
Studiul s-a concentrat pe trei regiuni conectate: CA3, care procesează informații care se schimbă rapid; CA1, descrisă ca un nod central; și cortexul retrosplenial, important pentru navigație și memoria spațială. Potrivit cercetătorilor, aproximativ unul din patru neuroni CA1 primește cea mai mare parte a semnalelor din CA3. Când aceiași neuroni transmit mai departe informația către cortexul retrosplenial, ei se activează într-un tipar diferit.
Rezultatul este, practic, existența a două „canale” funcționale în aceleași celule: unul pentru semnalele de intrare și altul pentru cele de ieșire. În loc să recruteze neuroni complet noi, creierul pare să separe aceste fluxuri schimbând felul în care aceleași celule se activează împreună. Cercetătorii spun că această organizare ar putea reduce interferența dintre învățarea nouă și amintirile corticale mai stabile.
„Our findings help explain how memory can be both moldable and enduring”, a spus co-lead author Joaquín Gonzalez, PhD, postdoctoral fellow la NYU Grossman School of Medicine. El a adăugat că, prin schimbarea modului în care aceleași celule se activează împreună, creierul poate păstra informația organizată și poate proteja amintirile mai vechi.
Ce se întâmplă în timpul somnului
O altă concluzie importantă a studiului este că neuronii CA1 implicați în învățarea din timpul zilei rămân activi și noaptea. Cercetătorii au observat că aceste celule participă la așa-numitele sharp-wave ripples, episoade scurte de activitate prin care hipocampul reia și consolidează amintiri din timpul zilei.
Faptul că aceiași neuroni sunt recrutați atât în timpul stării de veghe, cât și în timpul replay-ului din somn sugerează că învățarea și consolidarea memoriei pot folosi aceleași elemente de circuit fără să se blocheze reciproc. Mihály Vöröslakos, co-autor principal al studiului, a spus că lucrarea arată cum învățarea și consolidarea memoriei pot coexista în aceeași rețea și că rezultatul a fost posibil datorită înregistrării simultane a sute de neuroni individuali din toate regiunile-cheie, la animale care se mișcau natural.
Posibile implicații pentru Alzheimer și pentru AI
Autorii spun că mecanismul identificat ar putea ajuta și la înțelegerea modului în care apar unele tulburări de memorie. În boala Alzheimer, circuitele hipocampice analizate în acest studiu se numără printre primele care se deteriorează, iar aceste rețele sunt esențiale pentru sortarea și organizarea experiențelor noi.
Zhe S. Chen, profesor la NYU Grossman School of Medicine și co-autor principal, a descris descoperirea ca pe un posibil „memory switchboard” în hipocamp, care ar putea oferi indicii despre felul în care circuitele memoriei eșuează în Alzheimer. Totuși, cercetătorii nu susțin că rezultatele explică direct boala la oameni; studiul a fost realizat pe șoareci, în condiții controlate, iar autorii spun explicit că nu se pot trage încă concluzii despre creierul uman.
Interesul pentru acest tip de mecanism depășește neuroștiința clinică. Sistemele de inteligență artificială se confruntă cu o problemă cunoscută drept „catastrophic forgetting”, adică tendința de a uita ce au învățat anterior atunci când sunt antrenate pentru sarcini noi. Cercetătorii cred că modul în care creierul actualizează amintirile fără a le suprascrie pe cele vechi ar putea oferi un model biologic pentru AI care învață continuu.
György Buzsáki, co-autor principal și profesor la NYU Grossman School of Medicine, a spus că cercetarea ar putea oferi o bază biologică pentru proiectarea unor tehnologii AI de nouă generație, capabile să se actualizeze continuu fără să șteargă ce au acumulat deja.
Ce rămâne de clarificat
Deși studiul aduce o piesă importantă în puzzle-ul memoriei, el descrie un mecanism observat la șoareci și nu o hartă completă a memoriei umane. Echipa intenționează să verifice dacă există canale similare și în alte circuite implicate în memorie.
Pentru cititori, concluzia practică este simplă: creierul nu pare să funcționeze prin înlocuirea amintirilor vechi cu unele noi, ci printr-o organizare mai fină a acelorași circuite, astfel încât învățarea și păstrarea memoriei să poată coexista.
