Πώς εδραιώνονται οι αναμνήσεις;

O «εξερευνητής της σκέψης» Νίκος Λογοθέτης.

Η λειτουργία της μνήμης είναι μία από τις πιο πολύπλοκες λειτουργίες του ανθρώπινου εγκεφάλου και αποτελεί όχι μόνο τη βάση της καθημερινής δραστηριότητάς μας, αλλά και το βασικό στοιχείο δημιουργίας της προσωπικότητάς μας. Είμαστε αυτό που θυμόμαστε. Τι φαγητό φάγαμε χθες το βράδυ; Με πόσα σίγμα γράφεται η θάλασσα; Σύμφωνα με το θεωρητικό μοντέλο που επικρατεί σήμερα, η κατηγορία της μνήμης που σχετίζεται με προσωπικές εμπειρίες (τι φαγητό φάγαμε) ονομάζεται επεισοδιακή μνήμη (episodic memory) και η κατηγορία της μνήμης που σχετίζεται με λέξεις και ονόματα ονομάζεται εννοιολογική μνήμη (semantic memory). Ο γνωστός έλληνας «εξερευνητής της σκέψης» Νίκος Λογοθέτης, διευθυντής του Τμήματος Φυσιολογίας των Γνωστικών Διαδικασιών στο Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για την Βιολογική Κυβερνητική, κατέγραψε για πρώτη φορά τη διαδικασία της διαλογής και της οριστικής αποθήκευσης στη μνήμη των γεγονότων.

Η πρωτοποριακή ερευνητική δουλειά του καθηγητή Λογοθέτη επικεντρώθηκε στη μελέτη ενός φαινομένου που ονομάζεται ριπιδισμοί ή υψίσυχνες ταλαντώσεις (ripples) του ιππόκαμπου. Ο ιππόκαμπος είναι μια περιοχή στο κέντρο του εγκεφάλου και οι ριπιδισμοί του είναι ένα φαινόμενο που εμφανίζεται σε ηλεκτροεγκεφαλογραφήματα. Συνίσταται σε μικρής διάρκειας και επαναλαμβανόμενες ηλεκτρικές ταλαντώσεις με συχνότητα της τάξεως των 100 Hz. Η σχέση του ιππόκαμπου με τη μνήμη είχε τεκμηριωθεί από πολλές έμμεσες παρατηρήσεις, μία από τις οποίες είναι το γεγονός ότι άτομα με βλάβες στον ιππόκαμπο δεν έχουν την ικανότητα να θυμούνται περιστατικά μετά τη βλάβη, ενώ θυμούνται πολύ καλά γεγονότα πριν από τη βλάβη. Επομένως η κρατούσα σήμερα θεωρία είναι ότι ο ιππόκαμπος παίζει στον εγκέφαλο τον ρόλο του «διαλογέα» των γεγονότων, τα οποία στη συνέχεια αποθηκεύονται στη «μόνιμη» μνήμη.

Ο Νίκος Λογοθέτης, με πρωτοποριακά και εξαιρετικά λεπτά πειράματα, μπόρεσε να παρατηρήσει τον εγκέφαλο τη στιγμή ακριβώς που συμβαίνει αυτή η αποθήκευση. Η παρατήρηση έγινε δυνατή αφενός με τη βοήθεια ηλεκτροδίων εμφυτευμένων στον εγκέφαλο πιθήκων και αφετέρου με τη χρήση απεικονίσεων λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας (λΜΤ), η οποία δίνει μια κινούμενη εικόνα του εγκεφάλου εν ώρα λειτουργίας. Τα εντυπωσιακά αποτελέσματα του Νίκου Λογοθέτη και της ομάδας του δημοσιεύθηκαν στο τελευταίο τεύχος του περιοδικού «Nature», το οποίο θεωρείται ένα από τα δύο εγκυρότερα επιστημονικά περιοδικά στις θετικές επιστήμες. Με την ευκαιρία αυτή έθεσα στον καθηγητή Λογοθέτη μερικά ερωτήματα, τα οποία παραθέτω στη συνέχεια μαζί με τις απαντήσεις του.

«Τα σήματα του ιππόκαμπου που ονομάζονται ριπιδισμοί έχουν παρατηρηθεί τόσο σε ζώα όσο και σε ανθρώπους. Οι παρατηρήσεις είχαν γίνει είτε με ηλεκτροεγκεφαλογραφήματα (που όμως έχουν χαμηλή διακριτική ικανότητα) είτε μέσω ηλεκτροδίων που ήταν εμφυτευμένα στον εγκέφαλο ασθενών για τον εντοπισμό κέντρων που σχετίζονται με κρίσεις επιληψίας. Πολλές μελέτες σε ποντίκια είχαν δείξει ότι ο αριθμός των ριπιδισμών όταν κοιμόμαστε βαθιά (Slow Wave Sleep, SWS) εξαρτάται από το τι έχουμε μάθει προτού πάμε για ύπνο. Πειράματα σε ζώα είχαν δείξει ακόμη ότι αν κανείς καταστείλει τους ριπιδισμούς με ηλεκτρική διέγερση των ιστών του ιππόκαμπου, παρεμποδίζεται η μαθησιακή διαδικασία. Αλλοι ερευνητές είχαν πετύχει ταυτόχρονες καταγραφές από τον ιππόκαμπο και μερικές άλλες περιοχές του εγκεφαλικού φλοιού και είχαν δείξει ότι οι ριπιδισμοί συνδέονται με παροδική δραστηριότητα στον φλοιό. Επί τη βάσει τέτοιου είδους παρατηρήσεων είχε διατυπωθεί η θεωρία ότι οι ριπιδισμοί είναι δυνατόν να αποτελούν το σήμα του ιππόκαμπου που εμπεδώνει τη μνήμη. Κανένας ως σήμερα δεν είχε δει τι ακριβώς συμβαίνει στον υπόλοιπο εγκέφαλο, ενόσω ο ιππόκαμπος δημιουργεί τα σήματα των ριπιδισμών».

«Το πλεονέκτημα είναι ακριβώς ότι μπορέσαμε να δούμε αυτό που ανέφερα αμέσως πριν: τι συμβαίνει στον υπόλοιπο εγκέφαλο όταν εμφανίζονται οι ριπιδισμοί. Οι ερευνητές είτε κατέγραφαν ριπιδισμούς από ένα, δύο ή, το πολύ, τρεις περιοχές του εγκεφάλου είτε προσπαθούσαν να συνδέσουν εγκεφαλικές καταστάσεις, τις οποίες παρατηρούσαν με λειτουργική μαγνητική τομογραφία, με σήματα στα εγκεφαλογραφήματα τα οποία φαίνονταν να σχετίζονται με τη μνήμη. Η μέθοδος που αναπτύξαμε εμείς επιτρέπει τη μέτρηση ηλεκτρικών σημάτων από διάφορες περιοχές του ιππόκαμπου, ενόσω ταυτόχρονα παρατηρούμε καταστάσεις ενεργοποίησης ολόκληρου του εγκεφάλου μέσω λΜΤ υψηλής ανάλυσης».

Οι ταλαντώσεις του ιππόκαμπου που ονομάζονται ριπιδισμοί παίζουν ενεργό ρόλο στην εδραίωση των αναμνήσεων.

«Το βασικό αποτέλεσμα ήταν ότι οι ριπιδισμοί παρατηρούνται κατά τη διάρκεια ορισμένων εγκεφαλικών «καταστάσεων» που δημιουργούνται από εκτεταμένα αυτοοργανούμενα δίκτυα, τα οποία περιλαμβάνουν διάφορες περιοχές του εγκεφάλου σχετικές με την επεξεργασία των αισθήσεων και το άρρηκτο ζεύγος μάθηση-μνήμη. Κατά τη διάρκεια αυτής της κατάστασης ο ιππόκαμπος «εκπαιδεύει» τον φλοιό, στέλνοντας σε αυτόν σήματα υψηλής πολυπλοκότητας, με βάση τα οποία ο φλοιός αναπτύσσει συνάψεις μεταξύ των κυττάρων του (τα οποία ονομάζονται νευρώνες), οι οποίες αποτελούν τον τρόπο με τον οποίο ο φλοιός υλοποιεί αυτό που ονομάζουμε «μνήμη». Ο φλοιός είναι λίγο «αργός» και χρειάζεται αρκετές επαναλήψεις για να καταγράψει οριστικά ένα γεγονός (εξ ου και το ρητό «επανάληψη μήτηρ μαθήσεως»). Αυτό είναι καλό για εμάς, επειδή αλλιώς θα καταγράφονταν μόνιμα δισεκατομμύρια άχρηστα γεγονότα και η μνήμη μας θα πλημμύριζε σε πολύ μικρή ηλικία. Οταν μαθαίνουμε κάτι, η πληροφορία αποθηκεύεται προσωρινά στον ιππόκαμπο. Την πρώτη φορά που πέφτουμε σε βαθύ ύπνο μετά την προσωρινή αποθήκευση, ο ιππόκαμπος αναπαράγει τη μορφή της δραστηριότητας των νευρώνων που υπήρχε κατά τη διάρκεια της αρχικής επεξεργασίας της πληροφορίας. Αν αυτό συμβεί αρκετές φορές, τότε ο φλοιός αρχίζει να μεταβάλλει την ισχύ των συνάψεων σε διάφορες συνδέσεις και τελικά η πληροφορία καταγράφεται μόνιμα στον φλοιό. Ετσι ο ιππόκαμπος προσπαθεί να εκπαιδεύσει τον φλοιό. Αλλά αυτή η εκπαίδευση δεν θα ήταν επιτυχής αν την ίδια στιγμή εγκεφαλικές περιοχές που σχετίζονται με τις αισθήσεις έστελναν και αυτές σήματα. Αυτό λοιπόν που διαπιστώθηκε για πρώτη φορά είναι ότι ο «διάλογος» ιππόκαμπου – φλοιού λαμβάνει χώρα σε χρονικές περιόδους όπου όλος ο μηχανισμός επεξεργασίας αισθημάτων και προσωρινής μνήμης είναι προσωρινά ανενεργός».

«Πέρα από τις αμέτρητες βελτιώσεις στη λΜΤ και στην τοποθέτηση των εμφυτευμένων ηλεκτροδίων, υπήρχε ένα σημείο εξαιρετικά λεπτό. Να καταγράψουμε ασθενή σήματα 50-100 εκατομμυριοστών του volt, όταν στην ακίδα του εμφυτεύματος εμφανίζονται τάσεις της τάξεως των 50 volt λόγω της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής που προκαλεί το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο της λΜΤ! Για τον σκοπό αυτόν αναπτύξαμε ένα ολόκληρο πρωτότυπο σύστημα αντιστάθμισης, που παίρνει υπόψη του ακόμη και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ηλεκτροδίων κατά τη διάρκεια των ισχυρών μεταβολών του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου».

Αξίζει να σημειωθεί ότι, πέρα από τη δημοσίευση στο «Nature», η παραπάνω εργασία παρουσιάστηκε κατά τη διάρκεια προσκεκλημένης ομιλίας του Νίκου Λογοθέτη στο πρόσφατο παγκόσμιο συνέδριο Νευροεπιστημών της Νέας Ορλεάνης.