Czym jest pamięć robocza? Najnowsze badanie mózgu

Aby pamięć robocza mogła utrzymać jakąś myśl – nawet jeśli nie znajduje się ona w centrum naszej uwagi – potrzebna jest utrzymująca się aktywność neuronów. Pokazują to najnowsze badania zespołu dr. Jana Kamińskiego z Instytutu Nenckiego PAN, opublikowane w Nature Human Behaviour.

Znaczna część naszego myślenia opiera się na ciągłej aktywności elektrycznej neuronów

Pamięć robocza – dawniej zwana krótkotrwałą – pełni funkcję naszego umysłowego RAM-u czy też tablicy, na której na chwilę zapisujemy ważne informacje, które poddajemy obróbce zanim je zapiszemy na stałe lub wymażemy. To pamięć robocza umożliwia nam zapamiętanie numeru BLIK, składników, które już dodaliśmy do ciasta czy cyfr w działaniach matematycznych.

– Przeanalizowaliśmy mechanizmy neuronalne leżące u podstaw pamięci roboczej. Wbrew popularnej teorii tzw. activity-silent odkryliśmy, że myśli utrzymywane w naszej pamięci roboczej, a które nie znajdują się w centrum naszej uwagi, są nadal reprezentowane przez aktywną, utrzymującą się aktywność neuronalną – wyjaśnia w rozmowie z PAP autor badań dr hab. Jan Kamiński z Pracowni Neurofizjologii Umysłu Instytutu Nenckiego PAN.

– Wydaje się, że znaczna część naszego myślenia opiera się na ciągłej aktywności elektrycznej neuronów – niezależnie od tego, czy myśl jest w danej chwili używana, czy tylko „czeka w kolejce” – dodaje dr Kamiński.

Badania zespołu ukazały się w prestiżowym „Nature Human Behaviour”. Pierwszą autorką pracy jest dr Katarzyna Paluch.

Pamięć robocza umożliwia przechowywanie wielu informacji równolegle. Przykład? Gra w memory, w której chodzi o szukanie par wśród zakrytych kart. Kiedy odkryjemy jakąś kartę, możemy sobie przypomnieć, gdzie leży druga karta tworząca z nią parę. Informacja o tej karcie przechodzi na chwilę do świadomości. Ale w pamięci roboczej w tym samym czasie znajdują się – chwilowo poza uwagą – gotowe do użycia informacje o położeniu innych kart, które pojawiły się już dotąd w grze.

Celem badaczy było sprawdzenie, jak przechowywane są świeżo pozyskane informacje, które chwilowo nie są używane. Dotychczasowe badania (głównie EEG i fMRI) sugerowały, że nieaktywne elementy pamięci roboczej mogą być przechowywane „cicho”, czyli bez wyraźnej aktywności neuronalnej. Problem w tym, że techniki te mierzą aktywność w dużych populacjach neuronów, co może maskować subtelne ślady aktywności pojedynczych komórek pamięci.

Zespół dr hab. Jana Kamińskiego zastosował jednak nowatorskie podejście: rejestrował aktywność pojedynczych neuronów w ludzkim mózgu – co jest rzadkością w badaniach. Umożliwiła to współpraca z pacjentami cierpiącymi na padaczkę lekooporną, u których w celach diagnostycznych wszczepiono elektrody do mózgu.

– Około 30 proc. pacjentów z padaczką nie reaguje na leczenie farmakologiczne. Najskuteczniejszym rozwiązaniem może być chirurgiczne usunięcie ogniska napadowego, ale najpierw trzeba je precyzyjnie zlokalizować – tłumaczy Jan Kamiński.

Pamięć robocza wymaga częstych aktywności

.W ramach takiej diagnostyki pacjentom wszczepiono elektrody do przyśrodkowego płata skroniowego – obszaru kluczowego dla pamięci. Dzięki specjalnym mikroelektrodom badacze mogli rejestrować aktywność pojedynczych neuronów.

Następnie u każdego pacjenta zbadano, na jakie bodźce reagują konkretne neurony – np. na obrazy zwierząt, sławnych osób, obiektów. Potem w eksperymencie wyświetlano dwa znane uczestnikowi obrazy, proszono, by jeden z nich obserwował aktywnie, a drugi zapamiętał na później (czyli trzymał w pamięci roboczej, ale poza uwagą). A potem badano, co dzieje się z aktywnością neuronów kodujących ten „nieużywany” obrazek.

Okazało się, że nawet komórki odpowiadające za obrazek niebędący w centrum uwagi utrzymywały aktywność określonych neuronów – choć ich sposób działania był inny niż wtedy, gdy obrazek był aktywnie obserwowany. Zmiana uwagi powodowała przekształcenie wzorca aktywności, ale nie jego wygaszenie.

To odkrycie podważa teorię „aktywności cichej” i wspiera pogląd, że informacje w pamięci roboczej są przechowywane aktywnie, nawet gdy nie są aktualnie używane – uważa dr Kamiński.

Badanie rzuca nowe światło na mechanizmy przechowywania informacji w ludzkim mózgu i może mieć znaczenie w terapii i diagnostyce zaburzeń, w których pamięć robocza jest osłabiona – takich jak ADHD, OCD, schizofrenia czy depresja.

– Nasze wyniki istotnie pogłębiają zrozumienie procesów pamięciowych i mogą przyczynić się do opracowania lepszych metod diagnozy oraz terapii zaburzeń poznawczych – podsumowuje Jan Kamiński.

Mózg może się uczyć w każdym wieku. O tym, że na naukę nigdy nie jest za późno

„W moim wieku już za późno, żeby uczyć się grać na fortepianie”! „W moim wieku już za późno, żeby uczyć się hiszpańskiego”! Koniec z wymówkami i ze stereotypami! Alice LATIMIER udowadnia, że nasz mózg może uczyć się w każdym wieku. Czego zatem zaczniecie się uczyć dzisiaj?

Uczenie się jest, w rzeczywistości, czynnością całego życia. Od najmłodszych lat nasz mózg mobilizuje znaczną część swoich funkcji (skupienie, pamięć, widzenie, słyszenie, motoryka…) po to, abyśmy mogli nabywać nową wiedzę i nowe umiejętności. Jakie mechanizmy pozwalają nam się uczyć? I jak się one zmieniają wraz z upływem lat?

Uczenie się jest dynamicznym procesem poznawczym, który przebiega w dwóch etapach: najpierw następuje pozyskanie nowej informacji, a później, jej zmagazynowanie w pamięci. Proces ten zostawia pewnego rodzaju odcisk w naszym mózgu, jako ślad po przeżytym doświadczeniu. A dokładniej, neurony, które uczestniczą w tym doświadczeniu i pozyskaniu nowej informacji zmieniają sposób, w jaki rozmawiają ze sobą: ich połączenia (synapsy) wzmacniają się lub zanikają.

Czasami zdarza się, że dynamika naszych procesów uczenia się prowadzi, po prostu, do eliminacji niepotrzebnych połączeń neuronowych, na rzecz połączeń „pożytecznych”. Mówi się obrazowo o „przycinaniu” synaps (pruning w jęz. angielskim), tak jak robi się z drzewami, które pozbawia się niepotrzebnych gałęzi. Do „przycinania” synaps dochodzi głównie w dzieciństwie oraz w czasie olbrzymiej rewolucji, jaką jest okres dojrzewania.

Zmiany na poziomie neuronów mają związek z tym, czego się uczymy i są szczególnie intensywne w okresie dzieciństwa. Zdobywamy wtedy dużą ilość wiedzy i rozwijamy nowe kompetencje, takie jak widzenie, dotykanie, chodzenie czy mówienie. Te zdobycze odciskają piętno na całym mózgu, ponieważ uczestniczą w procesie transformacji rozmaitych sieci neuronów. Nic w naszym mózgu nie istnieje trwale.

Uczenie się pozostawia zatem w naszym mózgu fizyczny ślad. Ten dynamiczny mechanizm nosi nazwę neuroplastyczności bądź plastyczności mózgu. Odkrycie go przez neurobiologów pozwoliło zrozumieć podstawową rzecz: nic w naszym mózgu nie istnieje trwale.

Gdy się uczymy, plastyczność mózgu pozwala na jego ciągłe modelowanie. Ten mechanizm jest nie tylko stosunkowo szybki, ale też odwracalny. Naukowcy odkryli bowiem, że niektóre regiony mózgu u młodych, pełnoletnich osób, wykazywały znaczne zmiany strukturalne po trzech miesiącach nauki żonglowania, w porównaniu z mózgami osób, które nie uczyły się żonglować. Te zmiany zanikały kilka tygodni po zaprzestaniu nauki. Teraz już rozumiemy, dlaczego artyści cały czas ćwiczą!

Są takie okresy w życiu człowieka, które bardziej sprzyjają niektórym rodzajom uczenia się. Badania w dziedzinie psychologii rozwoju człowieka udowodniły, że w mózgu istnieją „okna czasowe”, odpowiadające okresom, w których mózg posiada szczególną zdolność pozyskiwania informacji z otoczenia. Wiele badań naukowych dotyczyło na przykład akwizycji języka ojczystego Wykazano, że istnieje okno czasowe szczególnie sprzyjające nauce mówienia. Stąd więc bierze się powszechne i niesłuszne przekonanie, że im bardziej się starzejemy, tym trudniej jest nam nauczyć się drugiego języka. Nawet jeśli faktycznie istnieje jakiś kluczowy okres na pozyskiwanie języka ojczystego, to w przypadku drugiego języka nie jest to już takie oczywiste.

Ekipa Any Ines Ansaldo, badaczki w dziedzinie psychologii w klinice geriatrycznej w Montrealu (Kanada) interesowała się uczeniem się drugiego języka przez osoby dorosłe. Badacze poprosili osoby niemówiące językiem hiszpańskim (grupę składającą się z młodych, pełnoletnich osób oraz grupę osób w wieku powyżej 65 roku), żeby w ciągu trzech tygodni nauczyli się 100 hiszpańskich słówek. W czasie testu kończącego doświadczenie, osoby starsze uzyskiwały porównywalne z osobami młodymi czasy odpowiedzi oraz ilość poprawnych odpowiedzi, co dowiodło temu, że obie grupy mają podobną wydajność uczenia się.

A to, co sprawdza się w przypadku mowy i umiejętności deklaratywnych (świadomych), sprawdza się również w przypadku umiejętności proceduralnych (nieświadomych, związanych z gestami i ruchami). Badając możliwości mózgu osób starszych, powtórzono z tymi samymi grupami osób wspomniane wcześniej doświadczenie z żonglowaniem. Rezultat, w przypadku starszej grupy, okazał się mniej wydajny, ale zaobserwowano to samo zjawisko plastyczności mózgu. Innymi słowy, uczenie się żonglowania okazało się mniej skuteczne u osób starszych, ale ślady w mózgu związane z tym procesem były jak najbardziej obecne.

Niektóre kompetencje są modyfikowane przez naturalne starzenie się mózgu. Żeby zrekompensować ten efekt starzenia, trzeba poświęcać więcej czasu na uczenie się. Nie zmienia to jednak faktu, że mechanizm plastyczności mózgu, umożliwiający uczenie się, funkcjonuje przez całe życie człowieka. 

Wiele badań koncentrowało się na próbie zmierzenia wpływu starzenia się poznawczego na wydajność mózgu, wykorzystując w tym celu kombinacje różnych testów. Ich wyniki pokazują, że osoby starsze mają średnio dłuższe czasy reakcji, bardziej zawodną pamięć, zaburzoną percepcję zmysłów, oraz więcej trudności w rozwiązywaniu problemów. Te deficyty, zmierzone laboratoryjnie, powinny być przeszkodą dla osób starszych w pozyskiwaniu nowych informacji. Ale tego typu badania nie biorą pod uwagę ważnego aspektu starzenia się: tego, że wraz z akumulowaniem doświadczeń na przestrzeni całego życia, powiększa się ilość zmagazynowanych informacji w mózgu. Ludzie starsi mają dużo więcej doświadczeń, i co się z tym wiążę, dużo bardziej złożone umiejętności. I właśnie dlatego może im być trudniej pozyskiwać nowe.

Doświadczenie życiowe może być handicapem tłumaczącym gorsze wyniki mózgów osób starszych w porównaniu z mózgami młodymi. Ale czy przynosi ono również jakieś korzyści?

Tekst dostępny na łamach Wszystko co Najważniejsze:https://wszystkoconajwazniejsze.pl/alice-latimier-mozg-moze-sie-uczyc-w-kazdym-wieku-na-nauke-nigdy-nie-jest-za-pozno/

PAP/MB