كيفية تخزين الدماغ للذاكريات

قد تكون ذكرياتنا العزيزة أكثر قدرة على الصمود مما كنا نعتقد سابقًا.

تُخزَّن الذكريات طويلة الأمد في المشابك العصبية، وهي الوصلات التي تربط بين الخلايا العصبية. وتوجد هذه البنى على نتوءات صغيرة تُسمى الأشواك التغصنية، تنتشر على الأذرع المتفرعة للخلايا العصبية.

عندما نتعلم، تنمو هذه الأشواك. وتميل الأشواك الأكبر حجمًا إلى تكوين مشابك عصبية أقوى، كما تكون أكثر قدرة على الاستمرار أثناء عملية التعلم. وفي مرض ألزهايمر وغيره من الأمراض التي تقضي على هذه الوصلات، قد تتلاشى الذكريات.

على الأقل، هذه هي الصورة التقليدية. لكن دراسة جديدة تشير إلى أن الأمر أكثر تعقيدًا.

فقدت الفئران التي أُدخلت في حالة سبات اصطناعي نحو نصف مشابكها العصبية بسرعة، سواء كانت كبيرة أم صغيرة. ومع ذلك، بعد إيقاظها، استعادت ذكريات المهام التي تعلمتها سابقًا. كما أعادت الأشواك التي ذبلت أثناء النوم العميق المستحث نموها في مواقعها الأصلية، لتكوّن مرة أخرى مشابك عصبية وظيفية. وهذا يشير إلى أن أدمغتها أعادت بناء أجزاء من الدوائر العصبية التي كانت قد تضررت.

وقد تفسر مجموعة صغيرة من المشابك العصبية العنيدة التي نجت من السبات كيفية حدوث ذلك. فقد شكّلت هذه المشابك تجمعات حافظت على الذكريات في صورة أنماط من النشاط العصبي تُعرف باسم «الإنغرامات»، وهي الآثار أو البصمات العصبية للذكريات. وكلما زاد عدد التجمعات الباقية لدى الفئران، كان أداؤها أفضل في مهمة سبق أن تعلمتها بعد الاستيقاظ.

وقال مؤلف الدراسة يو جو لين، من معهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا للدراسات العليا في اليابان، في بيان صحفي: «كان الأمر مذهلًا. فمنطقيًا، إذا كانت جميع مشابك الإنغرام لدينا ضرورية للاحتفاظ بالذاكرة، كما كان يُعتقد تقليديًا، لكان ينبغي أن تتدهور الذاكرة بدرجة هائلة».

تشير النتائج إلى أن الذكريات قد لا تعتمد على الحفاظ على كل مشبك عصبي على حدة. وبدلًا من ذلك، قد تكون موزعة على بنية أعلى مستوى من الوصلات، تعمل فيها بعض المشابك العصبية كمرتكزات يمكنها إعادة بناء بقية الشبكة.

ويُعد السبات الاصطناعي حالة شديدة التطرف، ومن المبكر جدًا معرفة كيفية انطباق هذه النتائج على أمراض مثل ألزهايمر. ومع ذلك، تشير الدراسة إلى أنه حتى في ظل ظروف قاسية للغاية، يستطيع الدماغ استعادة ذكريات كان يُعتقد أنها فُقدت.

رؤية الغابة بدلًا من الأشجار

غالبًا ما تُوصف الخلايا العصبية بأنها وحدات المعالجة في الدماغ. لكن كل خلية منها في الواقع عبارة عن حاسوب صغير متطور بحد ذاته.

تستقبل الأذرع المتفرعة للخلية العصبية إشارات من الخلايا المجاورة، بينما يحمل امتداد طويل ومتعرج الرسائل الصادرة إلى خلايا عصبية أخرى. وتنتشر الأشواك على الفروع المستقبلة للإشارات. ويمكن لهذه البنى أن تقوى أو تضعف، وأن تظهر أو تختفي، اعتمادًا على المدخلات التي تتلقاها. وهذا يسمح للمشابك العصبية بجمع المعلومات والتعلم وتخزين الذكريات في الوقت نفسه.

وعندما تنشط الخلايا العصبية بعضها بعضًا بصورة متكررة، تصبح الوصلات بينها أقوى، ويرجع ذلك بدرجة كبيرة إلى زيادة حجم الأشواك. ومن هنا جاءت العبارة الشائعة في علم الأعصاب: «الخلايا العصبية التي تنشط معًا، ترتبط معًا».

أما بالنسبة إلى الذكريات العرضية، أي ذكريات متى وأين وماذا ومن في حياتنا، فتبدأ هذه التغيرات في الحُصين، وهي منطقة محورية في تكوين الذكريات واسترجاعها، كما أنها من أوائل مناطق الدماغ التي تتضرر بسبب مرض ألزهايمر.

وخلال النهار، يشكّل الحُصين إنغرامات مرتبطة بذكريات فردية. وأثناء النوم، تُمحى بعض هذه الإنغرامات، بينما تُدمج أخرى تدريجيًا في أماكن أخرى من الدماغ لتخزينها على المدى الطويل. كما يساعد الحُصين على استدعاء الذكريات من خلال إضافة السياق إليها، مثل المكان الذي حدث فيه شيء ما أو الشعور الذي انتابك في ذلك الوقت.

ومن المفترض نظريًا أن كل ذلك يتطلب دوائر دماغية مستقرة نسبيًا. وكتب الفريق البحثي: «يُعتقد على نطاق واسع أن التغيرات طويلة الأمد في الوصلات المشبكية توفر الأساس البنيوي للذاكرة».

لكن الدراسات الحديثة شككت في هذه الرؤية. فالدماغ بعيد كل البعد عن أن يكون ثابتًا. إذ يعاد تشكيل المشابك العصبية باستمرار. وحتى الخلايا العصبية التي تُستقطب لتكوين إنغرام معين يمكن أن تتغير بمرور الوقت. وقد تنقل بعض المشابك العصبية المعلومات فعليًا إلى مشابك أخرى، مما يتيح لها أن تصبح متاحة لترميز شيء جديد.

إذا كانت الآثار المادية للذكريات تتغير باستمرار، فلماذا لا تختفي ذكرياتنا معها؟ هذا هو السؤال الذي بحثت فيه الدراسة الجديدة.

الدخول في حالة السبات

لاختبار هذه المفارقة، لجأ الفريق إلى طريقة غير تقليدية: السبات الاصطناعي. وكما يحدث في السبات الطبيعي لدى الدببة وغيرها من الحيوانات، يؤدي السبات الاصطناعي إلى خفض درجة حرارة الجسم ومعدل الأيض بصورة كبيرة، ويدخل الحيوانات في حالة شبيهة بالنوم. ومع انخفاض نشاط الدماغ لتوفير الطاقة، تبدأ المشابك العصبية في الذبول.

ومع ذلك، تحتفظ الحيوانات التي تدخل في حالة السبات بذكرياتها. فعلى سبيل المثال، تتذكر السناجب الأرضية أماكن تخزينها للطعام، وتعود إليها عندما تستيقظ دوريًا لتناول وجباتها الليلية. ويشير ذلك إلى أن السبات قد يكون وسيلة مفيدة لدراسة كيفية بقاء الذكريات رغم حدوث تغيرات كبيرة في الدماغ.

وقال مؤلف الدراسة كازوماسا تاناكا: «أدمغتنا معقدة بصورة مذهلة. وإذا كان السبات يستطيع تقليل نشاط الدماغ وبنيته وتبسيطهما، فقد يجعل دراسة هذه الأنظمة شديدة التعقيد أسهل قليلًا. ولهذا أردت استخدام تقنيات السبات الاصطناعي لدراسة الذكريات».

درّب الفريق الفئران أولًا على مهمتين قياسيتين للذاكرة. في إحداهما، تعرضت الفئران لصعقة كهربائية خفيفة في أقدامها داخل حجرة تتميز بروائح وديكورات محددة، مما علّمها ربط ذلك المكان بالخطر. وفي المهمة الأخرى، تعلمت الفئران اجتياز متاهة للوصول إلى مكافأة حلوة.

ثم فعّل الباحثون دائرة عصبية دفعت الفئران إلى الدخول في حالة سبات اصطناعي لمدة يومين. وباستخدام بروتينات فلورية، تتبع الباحثون التغيرات التي طرأت على المشابك العصبية لدى الحيوانات طوال هذه العملية.

بدأت عملية إعادة تشكيل الأشواك خلال دقائق. فانكمش بعضها واختفى بسرعة، آخذًا معه المشابك العصبية المرتبطة به. وخلال يوم واحد، اختفى أكثر من نصف المشابك العصبية. وحتى الأشواك الأكبر حجمًا، التي يُعتقد أنها مهمة بصورة خاصة للذكريات طويلة الأمد، تعرضت للتقليم.

ومع ذلك، بقيت الذكريات. فعندما استيقظت الفئران وعادت إلى حجرة الصدمات، تجمدت خوفًا. وفي المتاهة، ظلت تعرف كيفية الوصول إلى المكافأة. كما عادت الأشواك التي تعرضت للتقليم سابقًا، إذ نما نحو 80% منها مجددًا في مواقعها الأصلية على امتداد فروع الخلايا العصبية.

ولاختبار ما إذا كانت عملية التعافي هذه فريدة من نوعها في حالة السبات، قارن الفريق بين هذه الحيوانات ومجموعة ثانية خضعت للتخدير وأُعطيت دواءً يمنع التغيرات في المشابك العصبية، وهو مزيج معروف بأنه يسبب فقدان الذاكرة. وفقدت هذه الفئران أيضًا عددًا كبيرًا من المشابك العصبية، لكنها لم تستعد ذكرياتها مطلقًا.

وقد تفسر مجموعة أساسية من المشابك العصبية شديدة المقاومة هذا الاختلاف. فقد شكّلت هذه التجمعات المشبكية بنية فريدة يرتبط فيها أحد الخلايا العصبية بعدة خلايا أخرى، مثل محطة غراند سنترال التي تربط عددًا هائلًا من المسارات. وغالبًا ما كانت هذه التجمعات موجودة في مناطق تتجمع فيها الأشواك بصورة متقاربة، مما يجعلها أكثر قدرة على استقبال مدخلات من مصادر متعددة في الوقت نفسه. وبطريقة ما، حافظت هذه التجمعات على الذكريات حتى مع اختفاء المشابك العصبية المحيطة بها.

وقال تاناكا: «يشير هذا إلى أنه بالنسبة إلى الذاكرة طويلة الأمد، لا تهم سوى تجمعات معينة من المشابك العصبية، وقد تكون المشابك الأخرى قابلة للاستغناء عنها».

ولا يزال من غير الواضح بالضبط كيف تحافظ هذه التجمعات على الذكريات. كيف ينشئها الدماغ ويحافظ عليها؟ هل تعمل كمرتكزات لذكريات متعددة؟ وهل يمكن للآلية نفسها أن تساعد في تفسير سبب بقاء بعض الذكريات مع فقدان المشابك العصبية بسبب المرض؟

ويستخدم الفريق الآن أدوات جينية وجزيئية لفهم ما يجعل هذه التجمعات شديدة المقاومة. وقد يساعد التلاعب بعملية تكوينها على الكشف بصورة أفضل عن دورها في الحفاظ على الذكريات، ومن الناحية النظرية، قد يلهم أفكارًا للتعامل مع فقدان المشابك العصبية في المراحل المبكرة من الأمراض.

وبعيدًا عن علم الأعصاب، فإن كشف الغموض المحيط بكيفية بقاء الذكريات قد يلهم تطوير شرائح عصبية حاسوبية، وهي أجهزة تحاكي الدماغ بصورة تقريبية، أو حتى نماذج جديدة للذكاء الاصطناعي.

في الوقت الحالي، تقدم هذه النتائج منظورًا مختلفًا لفكرة قديمة: ربما لا تحتاج الذاكرة إلى كل مشبك عصبي ساعد في تكوينها. وربما تحتاج فقط إلى المشابك المناسبة لإعادة بناء البقية.

المصدر