Как происходит запоминание информации в человеческом мозге?
На низком уровне запоминание информации в мозге происходит за счет изменения проводимости синапсов (соединений между нейронами). Эти изменения могут быть кратковременными и долговременными.
Вот 3 основных механизма изменения проводимости синапса:
1. Суммация
При поступлении достаточно длинной серии импульсов на синапс, в пресинаптическом окончании накапливаются ионы кальция Са2+, так как ионные насосы не успевают откачивать их в межклеточную среду. Ионы кальция позволяют выбрасывать молекулы нейромедиатора в синаптическую щель. В результате проводимость пресинаптического окончания возрастает и может продержать в таком состоянии несколько минут даже при отсутствии новых импульсов. Однако, затем ионы кальция все же будут откачаны и проводимость синапса вернется к начальному уровню.
2. Fire Together - Wire Together
Если постсинаптический нейрон активируется в течении 20 миллисекунд после пресинаптического нейрона, то проводимость синапса между ними - возрастает на несколько минут. Это происходит даже если данный синапс не сработал и даже если он тормозный. Этот эффект описывают как Fire Together - Wire Together.
И наоборот, если пресинаптический нейрон активируется в течении 20 мс после постсинаптического нейрона, то проводимость синапса между ними - падает на несколько минут. Этот эффект описывают как Fire Appart - Wire Apart.
3. NMDA рецепторы
Этот вариант работает только в синапсах, в которых есть NMDA рецепторы к нейромедиатору глутамату. Такие нейроны, в основном, находятся в гиппокампе. В нормальном состоянии NMDA-рецепторы закрыты магниевыми пробками, но при активации синапса (через обычные AMPA-рецепторы), эти пробки вылетают. При этом проводимость синапса резко увеличивается и может продержаться несколько часов.
4. Увеличение числа рецепторов
В нейроне, на который приходят импульсы - постоянно идет производство новых синаптических рецепторов. Эти рецепторы попадают и устанавливаются в те синапсы, которые чаще активируются. Таким образом, проводимость этих синапсов постепенно увеличивается и сохраняется в течении всей жизни нейрона (годы).
----
На высоком уровне формирование памяти происходит либо в следствии повторяющихся сенсорных паттернов, либо благодаря работе гиппокампа:
1. Повторяющиеся сенсорные паттерны
В мозг постоянно поступает поток сенсорной информации от органов чувств. Повторяющиеся паттерны в этом потоке активируют одни и те же синапсы. Эти синапсы часто находятся в активном состоянии - за счет суммации, и именно в них устанавливаются новые рецепторы, что постепенно приводит к долгосрочному усилению их проводимости.
2. Гиппокамп
В ходе эволюции появился механизм, который позволил запоминать некоторые ситуации не постепенно, а с первого раза. Это важные ситуации, при которых активируется эмоциональное состояние (возбуждается амигдала). Основной структурой мозга для реализации этого механизма является гиппокамп, нейроны которого способны запоминать информацию в течении нескольких часов за счет наличия в них NMDA-рецепторов.
При эмоциональном состоянии, в гиппокамп записываются ключевые паттерны сенсорного потока, реакций энторинальной коры и амигдалы. А затем (когда сенсорный поток и эмоциональное состояние - спадают), гиппокамп воспроизводит записанные паттерны обратно в энторинальную кору и амигдалу, вызывая повторное переживание ситуации.
При многократном повторении паттернов в течении нескольких часов происходит долгосрочное изменение проводимости синапсов в коре и амигдале (за счет увеличения в них числа рецепторов).
Как правило, во время сна магниевые пробки возвращаются в NMDA-рецепторы и память гиппокампа очищается для следующих ситуаций.
Вот 3 основных механизма изменения проводимости синапса:
1. Суммация
При поступлении достаточно длинной серии импульсов на синапс, в пресинаптическом окончании накапливаются ионы кальция Са2+, так как ионные насосы не успевают откачивать их в межклеточную среду. Ионы кальция позволяют выбрасывать молекулы нейромедиатора в синаптическую щель. В результате проводимость пресинаптического окончания возрастает и может продержать в таком состоянии несколько минут даже при отсутствии новых импульсов. Однако, затем ионы кальция все же будут откачаны и проводимость синапса вернется к начальному уровню.
2. Fire Together - Wire Together
Если постсинаптический нейрон активируется в течении 20 миллисекунд после пресинаптического нейрона, то проводимость синапса между ними - возрастает на несколько минут. Это происходит даже если данный синапс не сработал и даже если он тормозный. Этот эффект описывают как Fire Together - Wire Together.
И наоборот, если пресинаптический нейрон активируется в течении 20 мс после постсинаптического нейрона, то проводимость синапса между ними - падает на несколько минут. Этот эффект описывают как Fire Appart - Wire Apart.
3. NMDA рецепторы
Этот вариант работает только в синапсах, в которых есть NMDA рецепторы к нейромедиатору глутамату. Такие нейроны, в основном, находятся в гиппокампе. В нормальном состоянии NMDA-рецепторы закрыты магниевыми пробками, но при активации синапса (через обычные AMPA-рецепторы), эти пробки вылетают. При этом проводимость синапса резко увеличивается и может продержаться несколько часов.
4. Увеличение числа рецепторов
В нейроне, на который приходят импульсы - постоянно идет производство новых синаптических рецепторов. Эти рецепторы попадают и устанавливаются в те синапсы, которые чаще активируются. Таким образом, проводимость этих синапсов постепенно увеличивается и сохраняется в течении всей жизни нейрона (годы).
----
На высоком уровне формирование памяти происходит либо в следствии повторяющихся сенсорных паттернов, либо благодаря работе гиппокампа:
1. Повторяющиеся сенсорные паттерны
В мозг постоянно поступает поток сенсорной информации от органов чувств. Повторяющиеся паттерны в этом потоке активируют одни и те же синапсы. Эти синапсы часто находятся в активном состоянии - за счет суммации, и именно в них устанавливаются новые рецепторы, что постепенно приводит к долгосрочному усилению их проводимости.
2. Гиппокамп
В ходе эволюции появился механизм, который позволил запоминать некоторые ситуации не постепенно, а с первого раза. Это важные ситуации, при которых активируется эмоциональное состояние (возбуждается амигдала). Основной структурой мозга для реализации этого механизма является гиппокамп, нейроны которого способны запоминать информацию в течении нескольких часов за счет наличия в них NMDA-рецепторов.
При эмоциональном состоянии, в гиппокамп записываются ключевые паттерны сенсорного потока, реакций энторинальной коры и амигдалы. А затем (когда сенсорный поток и эмоциональное состояние - спадают), гиппокамп воспроизводит записанные паттерны обратно в энторинальную кору и амигдалу, вызывая повторное переживание ситуации.
При многократном повторении паттернов в течении нескольких часов происходит долгосрочное изменение проводимости синапсов в коре и амигдале (за счет увеличения в них числа рецепторов).
Как правило, во время сна магниевые пробки возвращаются в NMDA-рецепторы и память гиппокампа очищается для следующих ситуаций.
