Atmiņa un mācīšanās

Mācīšanās smadzenēs notiek galvenokārt tāpēc, ka mainās sinapšu stiprums/skaits. Tas izmaina funkcionālo smadzeņu arhitektūru tā, ka turpmāk organisms labāk reaģēs uz situāciju, kas izraisījusi mācīšanos.

Kamēr augam, mēs mācāmies. Cilvēka smadzenes visintensīvāk aug un no jauna organizējas embrionālajā periodā un pirmajā dzīves gadā. Mūsu nervu sistēmas aktivitāte turpina mainīt sinapšu stiprumu/skaitu arī vēlāk. Tas, savukārt, ietekmē uzvedību. Aktivitātes izmaiņu cēloņi ir gan ārēji, gan iekšēji (sensorās atbildes uz kustību kontroli) kairinājumi.

Tā kā pārbūves process smadzenēs ir aktīvs, mācīšanās procesus cilvēki var izmantot tam, lai saglabātu abstraktu informāciju, atkal atsauktu atmiņā un vizualizētu. Cilvēki var izmantot atmiņu, lai atjaunotu neironālos procesus, kas radušies kā reakcija uz iepriekšējiem kairinājumiem. Šo atjaunošanu nodrošina abstraktā domāšana, kas var izmainīt pagājušus notikumus, pieredzi un attēlus no darba atmiņas.

Mācīšanās un atmiņa - vēl viena iespēja pielāgoties apkārtējai videi

Mācīšanās un atmiņa ļauj nervu sistēmai pielāgoties apkārtējai videi un optimizēt uzvedību. Ir vismaz trīs iespējas, lai pielāgotos videi:

• evolucionārā pielāgošanās;
• pielāgošanās attīstības procesā;
• klasiskā mācīšanās.

Evolucionārā pielāgošanās

Cilvēka nervu sistēma attīstījusies no dzīvnieku nervu sistēmas. Mēs domājam, ka nervu sistēma mums ir vajadzīga, lai uztvertu iekšējo un ārējo vidi, lai noturētu līdzsvarā ķermeni. Bet arī vienšūnu radījumiem ir atgriezeniskās saites mehānisms, kas regulē noteiktu olbaltumu produkciju.

Pirmajiem daudzšūņiem šūnas savā starpā sazinājās organisma dažādās daļās, starpšūnu telpā izdalot noteiktas vielas. Dažās no šīm vielām ir hormonu un transmiteru priekšteči. Organismiem, kas sazinājās ar vienotu ķīmisko sistēmu (pārvietojoties, sinhroni kustinot viciņas), bija evolucionāras priekšrocības. Kad daudzšūnu organismi kļuva lielāki un sarežģītāki, nervu šūnu nozīme sazināšanās procesā starp dažādām organisma daļām pieauga. Protams, bija arī hormoni, bet tie darbojās lēnāk. Evolūcijas procesā neironu tīkli specializējās, lai starp dažādām šūnām uzlabotu saziņu un koordināciju. Mutācijas, kas piešķīra organismiem izdzīvošanas priekšrocības, pārmantoja nākamās paaudzes, līdz pazīmes sāka izpausties sugā.

Pielāgošanās attīstības procesā

Visi daudzšūnu organismi iziet attīstību no apaugļotas olšūnas līdz daudzšūnu organismam. Šajā procesā attīstās nervu sistēma un citi orgāni un ķermeņa funkcijas. Šūnas diferencējas par šūnu veidiem, kas veido sarežģītas struktūras (audus) - galvas vai muguras smadzenes. Pēc piedzimšanas mūsu nervu sistēmas lielums un struktūra mainās, līdz izaugam. Pēc tam šūnu vairošanās rezultātā nervu sistēma vairs nemainās, bet mainās sinapšu skaita ziņā.

Kad novecojam, nervu šūnas neizbēgami iet bojā. Tas notiek nejaušu bojājumu vai slimību (piemēram, Alcheimera slimības) dēļ. Nervu sistēma var kompensēt daudzus bojājumus, pielāgojot sinapses trūkstošajās nervu šūnas un problēmas risināšanas veidu paceļot augstākā līmenī, piemēram, ātro apstrādes procesu vietā izmanto uzkrātās zināšanas.

Ilgu laiku valdīja uzskats, ka pieaugušo smadzenēs neveidojas jaunas nervu šūnas. Tomēr pētījumos pierādīts, ka pieaugušo smadzenēs rodas jaunas nervu šūnas. Tas īpaši atteicas uz rajoniem, kas saistīti ar mācīšanos, piemēram, hipokampā.

Klasiskā mācīšanās

Pat relatīvi stabilās pieaugušo smadzenēs mācīšanās un atmiņas procesi notiek dažādās laika plaknēs un atšķirīgos neironālos lokos. Īslaicīgā un ilgstošā atmiņa pilnīgi noteikti atšķiras ar dažādiem laika sprīžiem (no sekundēm līdz mūža garumam). Īslaicīgās atmiņas informācija tiek pārcelta uz ilgtermiņa atmiņu ar atkārtotu vingrināšanos (atkārtošanu). Tas notiek hipokampā. Speciāli neirotransmiteru receptori hipokampā un neokorteksā palīdz vadīt sinapšu izmaiņas, kas ir mācīšanās un atmiņas pamatā.

Pielāgošanās un pastiprināšana

Pēc būtības mācīšanās ir process, kad organisma reakcija tiek izmainīta iegūtās pieredzes rezultātā. Ir divi mehānismi, ar kuriem tiek mainītas nervu šūnu reakcijas. Pielāgošanās (vai atkārtotu kairinājumu gadījumā - pieradums). Šajā gadījumā laika gaitā tiek sūtīts mazāk darbības potenciālu, kaut arī nervu šūna turpina saņemt konstantu informācijas daudzumu, vai pieraduma gadījumā, kad kairinājumi atkārtojas. Šī pielāgošanās notiek nervu sistēmā. Pielāgošanās nervu sistēmā ir notikusi, ja kaut kas, ko redzat, dzirdat vai jūtat, sākumā ir labi, bet ar laiku vāji apzināti uztverams.

Pastiprināšana (vai atkārtotu kairinājumu gadījumā - sensibilizācija). Pastiprināšana ir pretstats pielāgošanai. Tā notiek, ja nervu šūnas reakcija uz kairinājumu ar laiku vai pēc daudziem atkārtojumiem arvien vairāk pastiprinās. Pastiprināšana bieži saistīta ar stimuliem, kas var būt kaitīgi (tad to sauc par sensibilizāciju).

Pielāgošanās

Daudzšūnu organismiem pielāgošanās ir viena no pieredzes gūšanas pamatformām, kas maina uzvedību. Bieži tas notiek sensoro receptoru līmenī, bet var arī hierarhiski notikt virsreceptoru līmenī. Šis process ir tik pamatīgs, ka bieži vien mēs to nesaistām ar mācīšanos.

Kad pirmo reizi apsēdāties krēslā, uz kura šobrīd sēžat, nešaubīgi uztvērāt, ka sēžamvietai ir kontakts ar krēslu un ka mugura pieskaras krēsla atzveltnei. Tagad kontaktu ar krēslu tikpat kā nemanāt, vienīgi tad, ja mēģināt pašļūkāt pa krēsla virsmu.

Varat domāt, ka uztveres trūkums saistīts ar to, ka nepievēršat uzmanību faktam - ķermenis pieskaras krēslam. Tomēr ādas mehanoreceptori pēc kāda laika nesūta tik daudz impulsu kā sākumā, kad tikko apsēdāties. Kontaktam ar krēslu veltāt mazāk uzmanības, jo smadzenes sasniedz mazāk signālu, kas dod šo informāciju.

Pieradināšanās līdzinās pielāgošanai tajā apstāklī, ka nervu reakcija ar laiku mazinās. Tomēr pieradināšanās gadījumā tas notiek izraisoša kairinājuma atkārtošanās dēļ. Tāda pati receptora aktivācija pēc vairākiem atkārtojumiem producē vājāku postsinaptiskā neirona reakciju, jo ir mainījies sinapšu stiprums.

Pastiprinājums

Pastiprinājums ir pretstats pielāgošanās procesam, kad atkārtota receptoru aktivācija izraisa postsinaptiskā neirona aktivitātes pastiprināšanos.

Viens piemērs: vasarā noteikti uzturaties laukā. Dažreiz sajūtat vieglu ādas niezi. Pēkšņi nieze pastiprinās un jūs pamanāt, ka dzeļ ods. No šā acumirkļa pat viegla ieniezēšanās liek jums ar roku uzsist pa šo vietu vai pakasīt to. Tā ir pastiprināšana. Pastiprinājuma jēdziens tiek izmantots arī klasiskajā kondicionēšanā, kad, piemēram, tāds neitrāls kairinājums kā zvanu skaņa tiek savienots ar tādu nepatīkamu kairinājumu kā strāvas sitiens. Pēc kāda laika pietiek tikai ar zvanu skaņām, lai izraisītu aizsargreakciju.

Kas notiek mācoties?

Mainīgās sinapses

Mācīšanās ir nervu sistēmas funkcionālo struktūru izmaiņas uz iegūtās pieredzes vērtību pamata.

20. gadsimtā neirozinātnieki pētīja izmaiņas, kas notiek mācīšanās procesā. Tika meklētas atmiņas pēdas, ko atstāj mācīšanās. Teorijas par atmiņas pēdām sniedzas no izmaiņām proteīnu un DNS sintēzē līdz smadzeņu elektriskajiem laukiem.

Šķiet neticami, bet izrādās - priekšstati bijuši pareizi. Mācīšanās maina smadzenes, visvairāk - sinapšu stiprumu. Tas padara iespējamu ātrāku mācīšanos nekā nervu šūnu vairošanās vai nervu šūnu kontaktu pavairošanās. Dažreiz mācīšanās rezultātā pieaug arī šūnu skaits, bet tas process ir daudz lēnāks nekā ātri transformējamās izmaņas sinapsēs.

Neironālie apstrādes procesi: UN un VAI režģis

Svarīgu ieguldījumu atmiņas izpratnē devusi ne tikai klasiskā neirozinātne, bet arī mākslīgā intelekta nozare. Šodien attīstījusies jauna nozare - informācijas un skaitļošanas neirozinātne (Computational Neuroscience). Tā pēta, kā notiek informācijas apstrādes procesi smadzenēs. Šim nolūkam zinātniekiem vajadzēja izveidot modeļus, ar ko matemātiski simulēt neironu impulsu tīklus, un arī datoru, kas atdarina neirona apstrādes procesus.

Dators strādā ar loģikas režģi (UN un VAI režģi). Kad varēs pierādīt, ka neironi sadarbojas UN un VAI aprēķinu sistēmā, tad ar elektronisko loģikas loku palīdzību varēs pētīt, kā neironālie impulsu loki apstrādā informāciju. Šādi darbojas klasiskie loģikas režģi (VAI un UN) (skat. 1. attēlu):

n VAI režģim var būt jebkurš ieejošo signālu skaits (A, B utt.) un izeja (0) būs "loģiski pareiza", ja kaut viens no ieejas signāliem būs pareizs. Cipars 1 atbilst ieejas signālam, kas loģiski ir pareizs; 0 atbilst loģiski nepareizam;

n UN režģim arī var būt jebkurš ieejošo signālu skaits. Bet tā izejošais signāls tikai tad var būt loģiski pareizs, ja visi (katrs atsevišķais) ieejas signāli ir pareizi. [1]

1. attēla apakšā redzat nervu šūnu ar trim ieejas signāliem. Ko neirons var apstrādāt un kā šī apstrāde notiek? Jāņem vērā atmiņas atšķirības starp nervu sistēmu un datoru. Datora informācija tiek saglabāta kā noteiktu informācijas fragmentu secība. Nervu sistēmā atmiņas tiek saglabātas sinapšu izmaiņu rezultātā. Tāpēc nervu sistēmas atmiņa satur lietas, kuras tieši tādas arī var atsaukt. Piemēram, ja tenisa spēlē uzlabojat atsitienu, izmaiņas sastāvēs no mazām sinaptiskām izmaiņām, kas informāciju nodos no vizuālās sistēmas, kura redz bumbu tuvojamies, uz motoneironiem, kas regulēs kustības sitienam.

McCulloch-Pitts nervu šūnas

Liels progress bija Warren McCulloch un Walter Pitts neirona modelis. 2. attēlā var redzēt vienu no mākslīgā neirona modeļiem. Zinātnieki parādīja, ka neirona modelis var līdzināties loģikas režģim "UN un VAI", ka sinapšu stiprums ir piemērots. Turklāt viņi noskaidroja, ka pareizi saslēgta neironu sistēma var atrisināt jebkuru uzdevumu tikpat labi kā digitālais dators.

Neironu modeļi, ko izmanto McCulloch-Pitts, var veikt tos pašus loģiskos aprēķinus kā digitālais loģiskais saslēgums. Turklāt klāt nāk NĒ režģis, kas neironu impulsu lokā veido kavējošu sinapsi. Tāpēc smadzenes darbojas kā digitālais dators. Atsevišķi neironu impulsu loki darbojas kā analogais dators. Tāpēc smadzenes ir abu apvienojums. No šā šūnas modeļa ir skaidrs, ka neironu informācijas apstrādes pamatā ir sinapšu stiprums. Šis neirona modelis var mācīties (piemēram, atpazīt ornamentu) un sinapšu stiprums mainās pēc noteiktiem matemātiskiem principiem. Bet kā veidojas sinapšu stiprums smadzenēs?

No jauna saslēgt smadzenes: NMDA receptors

Dators veic aprēķinus ar UN, VAI un NĒ loģikas režģi, jo programmētājs iepriekš veido katra impulsu loka atmiņas krātuves vietu katram atsevišķam režģim. Dators ies bojā, ja atsevišķs loģikas režģis būs nepareizs. Bet no kurienes biljoni sinapšu smadzenēs var zināt, kā tām jāstrādā?

Pat tad, ja būtu speciāls ģenētisks sinapšu uzbūves plāns, tas nevarētu noteikt, kā neironi mācās (vai kā smadzenes pielāgojas, kad atsevišķi neironi iet bojā).

Sinapšu aktivitāte ir mācīšanās pamata process. Zinātnieki sāka domāt, ka smadzenēs ir jābūt atsevišķām sinapsēm, kuru aktivitātes stiprums var mainīties, lai sāktu jaunus apstrādes procesus. Šī atziņa radīja trīs jautājumus.

• Kā sinapse maina savu aktivitātes stiprumu?
• Kas tās ir par sinapsēm un kur tās atrodas?
• Kāds signāls regulē sinapšu izmaiņas, kas saistītas ar mācīšanos?

NMDA receptors

1970.-1980. gados radās daudzas laboratorijas, kur pētīja sinapšu stipruma izmaiņas zīdītāju smadzenēs. Tika paņemta mirušas žurkas smadzeņu daļa un saglabāta pie dzīvības, ievietojot šķidrumā, kas līdzinājās smadzeņu šķidrumam (likvoram). Atsevišķās šūnās tika ievadīti elektrodi. Kad šūnas, kurās bija elektrodi, tika stimulētas, tad tuvējām šūnām varēja izmērīt nelielas sinaptiskas izmaiņas.

Šajos izmēģinājumos izmantotie audi pārsvarā tika ņemti no neokorteksa un hipokampa. Neokorteksu zinātnieki uzskata par augstāko kognitīvo funkciju vietu, bet hipokampa šūnām tika dota priekšroka tā skaidri zināmās lomas dēļ atmiņas un mācīšanās procesā. Pētījumos tika novērotas kopsakarības starp izmaiņām sinapsēs un mācīšanos. Bieži tika pamanīta speciālā glutamāta receptora piedalīšanās, kuram bija īpašības, ko sagaidīja no modificējamām sinapsēm. Runa ir par NMDA receptoriem. NMDA ir N-metil-D-aspartāts, kas ir ķīmiskā agonista nosaukums, kurš šajā receptorā imitē glutamātu un tādā veidā var to aktivēt.

NMDA-receptori atrodas visā centrālajā nervu sistēmā, bet hipokampā, kas ir nozīmīgs atmiņas procesā, to ir īpaši daudz.

NMDA receptors darbībā

NMDA receptors izmaina aktivitātes stiprumu pēc tā, cik signālu ienāk vienlaikus. Šis receptors pilda neironālu UN režģa funkciju. Un tas ir glutamāta receptors. Citādi kā lielākai daļai citu receptoru, kas aktivējas, saistoties ar neirotransmiteru, NMDA receptoru nobloķē magnēzija (Mg++) jons, kas atrodas pie ieejas porā. Šis Mg++ tiek aizvākts tad, kad tiek aktivēts blakus glutamāta jonu kanāls un nervu šūnas membrāna depolarizējas. Proti, NMDA receptora aktivēšanai vajadzīga viena sinapses gala podziņa, kas izdala glutamātu, un vēl cita sinapses gala podziņa, kas nodod glutamātu blakus receptoram.

Kad NMDA receptors beidzot ir atvērts, tam rodas neparasta īpašība - izlaist cauri ievērojamu daudzumu kalcija un nātrija. Kad kalcijs nokļūst neironā, tam ir daudzi blakusefekti, ko bieži apzīmē kā Second-Messenger-Effekte. Viens no efektiem - noteiktos apstākļiem pieaug sinapses stiprums. Šīs izmaiņas atkarīgas no pre- un postsinaptiskiem mehānismiem, kas pašreiz tiek intensīvi pētīti.

Nostiprināt sinapsi: ilglaicīga potencēšana

Kad NMDA receptors atkārtoti tiek aktivēts, sinapse tiek nostiprināta. Tas nozīmē, ka ienākošiem signāliem ir vienkāršāk atvērt NMDA receptora jonu kanālu. Šo mehānismu sauc par ilglaicīgo potencēšanu.

Hipokamps mācīšanās un atmiņas procesā

Darbnīcas tālruņa numuru, kurā tikko remontēja jūsu auto, jūs ievērojat tikai tik ilgi, kamēr pirms zvanīšanas to uzspiežat/uzklikšķināt. Bet savas māsas vārdu neaizmirsīsit nekad. Ar šo abu atmiņas veidu - īslaicīgās un ilglaicīgās - pētīšanu intensīvi nodarbojas kognitīvā psiholoģija. Kognitīvās neirozinātnes cenšas noskaidrot, kur smadzenēs atrodas šie atmiņas veidi un kādi procesi tur notiek. Ir noskaidrots, ka hipokamps ir īpaši svarīgs atmiņas pārveidošanā no īslaicīgās uz ilglaicīgo.

No īslaicīgās atmiņas uz ilglaicīgo

Kad vadāt automobili, jūs pastāvīgi ņemat vērā citu transportlīdzekļu stāvokli. Jūs ik brīdi zināt, vai ir droši mainīt joslu vai nav. Bet šī situācija nepārtraukti mainās. Jūs zināt (un atceraties) situāciju, kuru pašreiz piedzīvojat, bet brauciena beigās jūs neatceraties katru atsevišķo mašīnu kombināciju, kas bija ap jums brauciena laikā. Īslaicīgā atmiņa saglabā informāciju tikai tik ilgi, cik tā mums ir vajadzīga noteiktā situācijā. Pēc tam tā tiek atmesta. Tikai kāda daļa informācijas, kas izskrien cauri īslaicīgajai atmiņai, sasniedz ilglaicīgo atmiņu. Turklāt šai informācijai jābūt mums pietiekami svarīgai, lai to iemācītos (atkal un atkal ietu cauri) vai to tā izspiestu, lai mēs par to atkal un atkal domātu.

Īslaicīgā atmiņa atrodas divās smadzeņu vietās: hipokampā un sānu-prefrontālā korteksā. Nervu šūnas sānu-prefrontālā korteksā saglabā aktivitāti un reprezentē ienākošo informāciju arī vēl tad, kad ieejas informācijas signāls sen jau pazudis. Tā atmiņa palīdz pabeigt svarīgu uzdevumu. Piemēram, uzklikšķināt tālruņa numuru, lai kādam piezvanītu.

Hipokamps ir izšķirīgais posms īslaicīgās atmiņas pārcelšanā uz ilglaicīgo atmiņu. Hipokamps veido virkni modificējamu neironālo UN režģu. Šie UN režģi saņem informāciju no visa korteksa, kurš reprezentē to, kas notiek vienā noteiktā situācijā. Kā sekas tam NMDA receptori pārstāv šo garozas aktivitāti kā noteiktu notikumu. Piemērs: jūs bijāt šajā parkā un sēdējāt uz šā soliņa, garām lidoja šis putns un tieši šajā mirklī...

Atmiņa: hipokampa matrice

Dažādi galvas smadzeņu garozas rajoni projicē informāciju uz hipokampu sava veida režģa formā, lai sagatavotu tur koincidences detektoru (skat. 3. attēlu). Tam pamatā (ļoti vienkāršoti) ir šāda ideja: noteiktu lietu krāsas tiek pārstāvētas smadzenēs vienā vietā, bet dzīvnieku veids citās vietās. Kad redzat zaļu vardi, hipokampa režģī tas nonāk pie zaļa un vardes neironā, kas sagatavo tam koincidences detektoru, dublēšanai. Kad redzat zaļu vardi, smadzenēs tiek aktivēti noteikti neironi, kas apstrādā informāciju par zaļu un vardi. Tas, savukārt, aktivē zaļās vardes šūnu hipokampā, kuras sinapses tiek nostiprinātas.

Pieņemsim, ka ir vizuālās garozas rajons, kas koordinē dažādu lietu krāsas, un ka šie krāsu detektori projicē jūsu informāciju vienā koincidences detektoru līnijā uz hipokampu. Citā smadzeņu rajonā, iespējams, atrodas nervu šūnas, kas reaģē uz dažādām dzīvnieku radītām skaņām. Hipokampā jābūt vienam koincidences detektoram, kas reaģē uz dzeltenām vardēm, vienam uz zaļiem abiniekiem utt. Protams, patiesībā hipokampā ir daudz līdzīgu šūnu katrai situācijai.

Sinapšu nostiprināšana hipokampā notiek ilglaicīgās potencēšanas procesā, kurā sinapses tiek nostiprinātas. Pretstats tam ir ilglaicīgā de-presija, kad sinapses stiprums vājinās.

Atmiņa: kortikālie mehānismi

Atmiņu rašanās procesā ne tikai kortekss projicē informāciju uz hipokampu, lai nostiprinātu sinapses, bet arī aktivētās hipokampa šūnas projicējas atpakaļ uz garozu. Garozas nervu šūnas jūs varat aktivēt kā sensoros signālus.

Tas nozīmē, ka varat garozā atjaunot aktivitāšu modeli, kas radies brīdī, kurā kaut ko piedzīvojat. Ja turpināt domāt par kāda notikuma atmiņām, aktivitāte starp hipokampu un korteksu atstarojas. Ja to darāt pietiekami bieži (kas arī notiek REM miega fāzē), tad modificējamās (mainīgās) sinapses korteksā mainās tā, ka kortekss pats var reproducēt neironālo aktivitātes modeli, kuram ir saistība ar pārdzīvojumu.

Ilgtermiņa atmiņa atrodas tajos pašos smadzeņu rajonos, kur sākotnējais pārdzīvojums. Hipokamps darbojas kā piezīmju grāmatiņa, lai nodrošinātu nemitīgu atkārtošanu. Tā var izveidoties ilgtermiņa atmiņa. Hipokamps saistīts arī ar prefrontālā korteksa sānu daļām, kur atrodas īstermiņa atmiņa. Īstermiņa atmiņa informāciju saglabā pietiekami ilgi, lai jūs varētu pabeigt iesākto uzdevumu. Piemēram, šķērsojot ielu, jūs paskatāties pa kreisi un pa labi un atceraties, vai tuvojas kāds transportlīdzeklis vai ne, līdz pabeidzat šķērsot ielu.

Daudzi zinātnieki bija izbrīnīti, noskaidrojuši, ka ilgtermiņa atmiņa glabājas garozā, un līdz šim brīdim šis fenomens nav īsti skaidrs. NMDA receptori atrodas visā neokorteksā un pārdzīvojumi un pieredze mūsu attīstības laikā var tikt apstrādāta neokorteksā. Daži mehānismi, kas ietekmē plasticitāti, var būt mācīšanās pamats. Tas ir 21. gadsimta pētījumu uzdevums.

Epizodiskā atmiņa

Hipokampā ienākošajam attēlam (skat. 3. attēlu) trūkst vienas izšķirīgas sastāvdaļas: pieres daivas lomas, kas arī projicē signālus uz hipokampu. Šīs projekcijas satur kaut ko vairāk par objekta identitāti, kuram es šobrīd veltu uzmanību. Frontālā daiva papildina informāciju ar kontekstu.

Konteksts ir informācija par noteiktu notikumu, kur priekšplānā ir viens objekts. Konteksts ir tas, ka jūs ne tikai zināt - Francijas galvas pilsēta ir Parīze, bet arī to, kad un kur jūs to iemācījāties. Šāda veida atmiņu sauc par epizodisko atmiņu. Tā satur atmiņas, kas saistītas ar kādu noteiktu notikumu. Vispārīgu faktu atcerēšanos sauc par semantisko atmiņu.

Epizodiskā atmiņa ir cilvēka apziņas pazīme. Dzīvnieki iemācās daudzas sasaistes, ko var salīdzināt ar semantisko atmiņu. Piemēram, suns zina, ka no rītiem saņems barību bļodā; ja dārd pērkons, tad drīz līs. Vai dzīvniekiem piemīt arī epizodiskā atmiņa, nav skaidrs, jo priekšnoteikums epizodiskai atmiņai ir sevis uztveršana noteiktā vidē un noteiktā laikā. Šī uztvere, savukārt, atkarīga no tā, kas notiek darba atmiņā, kura lielākas pieres daivas dēļ cilvēkiem ir daudz sarežģītāka.

Epizodiskā atmiņa sastāv no satura un konteksta. Pie konteksta pieder viss, kas saistīts ar kādu notikumu/pārdzīvojumu noteiktā laikā. Varbūt jūs vakar redzējāt dzeltenu vardi. Bet varbūt kādā saulainā dienā dīķī pie skolas kopā ar savu labāko draugu arī redzējāt dzeltenu vardi. Pusložu garozas zonas, kas pārstāv šīs atsevišķās sastāvdaļas, projicē savu informāciju uz hipokampu un atrodas savstarpējā kontaktā. Tagad jūs dodat rīkojumu reaģēt neironiem, kas vakar ir redzējuši dzeltenu vardi. Pastāv arī neironi vienai citai dzeltenai vardei, kuru jūs redzējāt pirms gada skolas dīķī, un tā tālāk.

Atmiņas ir saglabātas. Bet kā mēs tās varam atkal atcerēties (atsaukt atpakaļ)? Ne tikai gandrīz viss neokortekss projicējas uz hipokampu, bet arī hipokamps projicējas uz neokorteksu.

Pieņemsim, jūs redzat kaut ko dzeltenu. Tas aktivē dzeltenās krāsas detektorus korteksā un tad dzeltenā šūnas hipokampā (skat. 3. attēlu). Pie šīm šūnām pieder arī detektori - dzeltena-varde-vakar, kuru sinapses tika nostiprinātas. Pateicoties kontroles mehānismam, kuru zinātne vēl nav līdz galam izpratusi, šī aktivācija var turpināties ar to, ka hipokampā tiek aktivētas dzeltenās vardes šūnas. Tās, savukārt, atstaro uz korteksu un aktivē tur visus rajonus, kuros aktivējas vakardienas pārdzīvojums. Tie atkal projicē atpakaļ uz hipokampu. Tas nostiprina attēlu. Kad aktivēti visi smadzeņu rajoni, kas bija aktīvi, kad jūs vakar redzējāt dzeltenu vardi, tad varēsit atsaukt atmiņā šo pārdzīvojumu.

Atmiņas zudums: aizmiršana un amnēzija

Ir iespējams, ka mēs kaut ko nevaram atcerēties, jo atmiņa ir par vāju (sinapses netika pietiekami nostiprinātas), vai nevaram atsaukt atpakaļ atmiņas, kaut gan tādas ir. Pēdējā gadījumā var palīdzēt daži norādījumi. Tomēr, ja atmiņa ir par vāju, mēs to nevaram atcerēties, lai cik norādījumu saņemtu. Nespēja atcerēties var būt pārejoša vai ilgstoša. Mēs visi esam pieredzējuši situācijas, kad esam pārliecināti - kaut ko zinām, tikai tobrīd nevaram atcerēties. Iespējams, mums ir bail vai mums ir novērsta uzmanība un tāpēc nevaram labi koncentrēties. Tas var būt atkarīgs no konteksta, jo vieglāk ir kaut ko atcerēties saistībā ar kontekstu, kādā mēs to iemācījāmies.

Atmiņu var zaudēt galvas traumu un dažādu slimību dēļ, kas pārtrauc vai bojā noteiktu smadzeņu reģionu vai visu smadzeņu aktivitāti. Tāpēc, ka atmiņas process tiek nostiprināts starp korteksu un hipokampu, smadzeņu aktivitātes traucējumu izpausme vislielākā ir aktuālajās atmiņās. Cilvēkiem var būt arī tranzistora globālā amnēzija (TGA). Šā traucējuma gadījumā nav konstatēti nekādi fiziski cēloņi (insults u.c.). Ar TGA saprot īslaicīgus smagus anterogrādus un retrogrādus atmiņas traucējumus. Bieži TGA laikā rodas arī traucējumi telpiskā-ģeogrāfiskā un laika-kalendārā orientācijā, tad rodas neatlaidīgi un atkārtoti jautājumi. Orientācija personā lielākoties ir saglabāta. Parasti TGA pāriet spontāni dažās stundās, lai gan literatūrā aprakstīti arī paliekoši atmiņas zudumi. Etioloģija ir neskaidra. Tiek pieņemts, ka TGA izraisa tranzistori funkciju traucējumi limbiski-hipokampālā sistēmā. Zinātnieki pieņem, ka TGA izraisa īslaicīgi asins apgādes traucējumi smadzenēs, bet bieži vien pārejošu cerebrālu išēmiju nevar pierādīt. Atsevišķos gadījumos bijuši norādījumi par epileptisku aktivitāti. Dažreiz TGA var būt sekas ļoti izteiktai fiziskai spriedzei, īpaši vīriešiem.

Kā labāk mācīties?

Mācīšanās ir uzdevums mūža garumā. Tas izdodas ļoti viegli, kad vēl esat jauns, grūtāk, kad kļūstat pieaudzis, bet vecumā lielākajai daļai cilvēku - pavisam grūti. Pret novecošanu mēs nevaram neko darīt, bet varam saglabāt spēju mācīties un pat to uzlabot, darot lietas, kas attīsta intelektu. Mūsu smadzenes ir kā muskulis, kuru var trenēt. Ja to neizmanto, tas iznīkst.

Visātrāk un ar lielāko prieku mēs mācāmies tad, ja uzdevumi nav pārāk grūti. Arī kustības ir ļoti svarīgas. Turklāt dzīvei mums jāsagādā daudz interesantu un ierosinošu pārdzīvojumu, jo mācīšanās nav tikai intelektuāla aktivitāte. Svarīgi ir izpētīt mācīšanās mehānismus, lai cilvēki varētu labāk mācīties un lai labāk atklātu un ārstētu mācīšanās traucējumus. Vēl nav tādu medikamentu, ar kuru palīdzību varētu vienā vakarā iemācīties visu, kas rakstīts Vikipēdijā. Tomēr ir dažas mācīšanās metodes, ar kuru palīdzību mācīšanās rezultāti uzlabojas.

Jēdziens "mācīšanās traucējumi" vairākumā gadījumu nav precīzs. Tādu kognitīvu disfunkciju gadījumā kā disleksija un disgrāfija vairākums speciālistu domā, ka tie nav saistīti ar mācīšanās procesa traucējumiem. Iespējams, drīzāk tos varētu saistīt ar informācijas centrālās apstrādes traucējumiem.

Sadalīt mācību laiku daudzos īsākos posmos

Cilvēkiem bieži ir kaut kas jāmācās. Lielākoties tam tiek atvēlēts noteikts laiks. Izrādās, ka ir liela atšķirība, kā šis laiks tiek sadalīts. Mācīšanās darbojas labāk, ja atvēlētais laiks sadalīts daudzos īsākos mācību posmos. Protams, gatavojoties eksāmenam, labāk iemācīties visu vienā reizē, bet viss, kas tādā veidā tiek iemācīts, diez vai nonāks ilgtermiņa atmiņā. Kāpēc? Vienkārši nepietiek laika atbalsij, kas atbalsojas starp korteksu un hipokampu turp un atpakaļ, tādā veidā nostiprinot iemācīto.

Pietiekami jāguļ

Iemācītais nostiprinās REM miega laikā. Visiem, kas mācās pa naktīm, tā ir slikta ziņa. Šādi mācoties, tiek pārlādēta darba atmiņa, nenostiprinot zināšanas un nenonākot tām ilgtermiņa atmiņā. Pētījumā ar žurkām, kam mākslīgi izraisīja REM miega trūkumu, atklājās, ka šīs žurkas sliktāk iemācījās izkļūt no labirinta.

Vingrināties domās

Ja kustības tiek nosapņotas vai iztēlotas, tad aktivitāte pieres daivā ir līdzīga tai, kāda būtu, ja cilvēks kustētos pa īstam. No tā secināms, ka, vingrinoties domās, var uzlabot dažādas kustību iemaņas (atsist tenisa bumbu). Tas pierādīts arī eksperimentos. Sportistu treniņos ietilpst arī vizuāla kustību norišu iztēlošanās.

Atalgojums un sods

Pēdējo gadu desmitu pētījumos pierādīts, ka mācību procesā ļoti pamācoši iedarbojas panākumi un neveiksmes. Neveiksme ir norādījums mainīt sinapses stiprumu, bet tajā pašā laikā panākumi nozīmē, ka noteiktas sinapses var tikt pastiprinātas. Abos gadījumos izmaiņas nav lielas. Viena kļūda pilnībā nesabojās to, ko šūnas līdz šim ir iemācījušās.

Svarīgi fakti par smadzeņu fitnesu

3 svarīgākie fakti par smadzenēm

• Smadzenes sastāv no daudzām specializētām vienībām. Mūsu dzīve un produktivitāte atkarīga no smadzeņu funkciju daudzveidības, nevis tikai no vienas funkcijas.
• Gēni nenosaka mūsu smadzeņu likteni. Neiroplasticitāte dod iespēju visas dzīves garumā mūsu dzīvesveidam un aktivitātēm ievērojami ietekmēt mūsu smadzeņu fizisko attīstību, dodot cerības ilgākai dzīvei.
• Novecošana automātiski nenozīmē pasliktināšanos. Nav iezīmētas precīzas trajektorijas procesā, kurā mūsu smadzeņu funkcijas attīstās novecojot.

4 svarīgākie fakti par smadzenēm un fiziskiem vingrinājumiem

• Novērots, ka fiziski vingrinājumi uzlabo smadzeņu fizioloģiju dzīvniekiem, pēdējā laikā novērojumi ir arī par cilvēkiem.
• Fiziski vingrinājumi uzlabo mācīšanās spējas un citas smadzeņu funkcijas, palielinot smadzeņu apgādi ar asinīm un paaugstinot augšanas hormonu līmeni ķermenī.
• Visu veidu fiziskie vingrinājumi, kardiovaskulārie vingrinājumi, kas paātrina sirdsdarbību - no staigāšanas līdz slēpošanai, teniss un basketbols - uzrādījuši labāko efektu.
• Vislabākais režīms ir aerobi vingrinājumi vismaz 30-60 minūtes dienā trīs dienas nedēļā.

11 svarīgākie fakti par smadzenēm un uzturu

• Smadzenēm vajadzīgs daudz enerģijas: tās izmanto apmēram 50% skābekļa un 10% glikozes no arteriālajām asinīm.
• Asins-smadzeņu barjera (ASB) pasargā smadzenes no dažu substanču iekļūšanas (piemēram, baktēriju), bet atļauj skābekļa un glikozes difūziju caur to.
• Omega-3 taukskābju lietošana saistīta ar samazinātu kognitīvo funkciju pasliktināšanās risku.
• Dārzeņu (un to antioksidantu) lietošana saistīta ar samazinātu kognitīvo funkciju pasliktināšanās un demences risku.
• Tabaka palielina kognitīvo funkciju pasliktināšanās un demences risku.
• Mērenas kofeīna devas var uzlabot modrību, bet tam nav ilgstošas iedarbības ieguvuma dzīves laikā.
• Mazas līdz vidējas alkohola devas samazina demences risku.
• Cukura diabēts palielina kognitīvo funkciju pasliktināšanās un demences risku.
• Aptaukošanās saistīta ar kognitīvu deficītu, bet to kopsakarību daba vēl nav skaidra.
• B6, B12, E, C vitamīna un bēta karotīnu lietošana neuzlabo kognitīvās funkcijas un neietekmē kognitīvo funkciju pasliktināšanās un demences risku.
• Nav skaidru pierādījumu, ka Ginkgo Biloba samazina demences attīstības risku un uzlabo smadzeņu funkcijas, bet pētījumi turpinās.

7 svarīgākie fakti par mentālu izaicinājumu

• Mentālā stimulācija nostiprina savienojumus (sinapses) starp neironiem, kas uzlabo neironu izdzīvošanu un kognitīvo funkciju.
• Mentālā stimulācija piedalās kognitīvās rezerves veidošanā, palīdzot smadzenēm būt labāk aizsargātām pret potenciālo patoloģiju.
• Rutīnas darbības nerada izaicinājumu smadzenēm. Radīt izaicinājumu nozīmē pāriet uz nākamo sarežģītības līmeni vai mēģināt ko jaunu.
• Lasīšana, rakstīšana, lomu vai kāršu spēles, krustvārdu mīklu minēšana, puzles likšana, piedalīšanās organizētās grupu diskusijās var būt kognitīvi izaicinošas aktivitātes.
• Muzikāli treniņi, kā arī runāšana vairākās valodās palielina smadzeņu rezerves un darbojas neiroprotektīvi.
• Vienīgā aktīvā atpūta, kas saistīta ar kognitīvo funkciju redukciju, ir TV skatīšanās.
• Labs veids, kā uzlabot daudzveidību un mācīšanos, ir apgūt jaunas aktivitātes, arī tādas, kas nepadodas (ja jums patīk dziedāt, pamēģiniet dejot vai gleznot).

6 svarīgākie fakti par smadzeņu un sociālo saikni

• Liela sociālā aktivitāte saistīta ar labāku kognitīvo funkciju un samazinātu kognitīvo funkciju pasliktināšanās risku.
• Jo lielāks un sarežģītāks cilvēka sociālais tīkls, jo lielāka viņa amigdala (emocionālajai reakcijai nozīmīga smadzeņu struktūra).
• Brīvprātīgs darbs (voluntēšana) palīdz pazemināt depresijas un mirstības līmeni, palēnināt fiziskās veselības un kognitīvo funkciju pasliktināšanās pakāpi.
• Lielāks sociālo kontaktu tīkls saistīts ar labāku kognitīvo funkciju.
• Piederība sociālai grupai kombinē ieguvumus no sociālās iesaistības ar grupā veiktām sociālām aktivitātēm.
• Deju klubs kombinē ieguvumus no sociālās un fiziskās stimulācijas, bet grāmatu klubs kombinē intelektuālo un sociālo aktivitāti.

6 svarīgākie fakti par smadzenēm un stresu

• Hronisks stress vājina vai pat var nomākt neiroģenēzi.
• Hronisks stress pasliktina atmiņu un kopējo mentālo elastību.
• Aerobi vingrinājumi neitralizē stresa efektus uz smadzenēm, stimulējot jaunu neironu rašanos un kontaktu veidošanos smadzenēs.
• Relaksācija pazemina asinsspiedienu, palēnina elpošanu un vielmaiņu, samazinot stresa fizioloģisko simptomus.
• Sociālas attiecības un humors noder cīņā ar stresu.
• Meditācija un iekārtas, kas mēra sirds ritma mainīgumu, ir divi skaidri pierādīti rīki iespējai iemācīties kontrolēt fizioloģiskā stresa reakcijas un līdz ar to ilgtermiņā uzlabot emocionālo regulāciju.

10 svarīgākie fakti par smadzeņu treniņiem

• Medikamenti nav vienīgā/galvenā cerība kognitīvo spēju uzlabošanai. Neinvazīvām darbībām var būt salīdzinoši līdzvērtīgs un ilgstošāks efekts bez blaknēm.
• Ne visas smadzeņu aktivitātes un vingrinājumi ir līdzīgi. Daudzveidīgi un mērķtiecīgi vingrinājumi ir nepieciešamas smadzeņu treniņu sastāvdaļas, lai tiktu stimulēts plašs smadzeņu dažādo funkciju spektrs.
• Smadzeņu treniņi var darboties, pieņemot dažādus noteikumus.
• Ne visi indivīdi var izmantot vienas un tās pašas smadzeņu fitnesa prioritātes. Cilvēkiem ir sev jāpajautā: kādu funkciju man vajag uzlabot? Kādā laika intervālā?
• Smadzeņu treniņi prasa vairāk piepūles, to efekts ir vairāk specifisks salīdzinājumā ar aktīvu brīvā laika pavadīšanu.
• No brīža, kad smadzeņu treniņu mērķis ir uzlabot kādu specifisku funkciju, ir jānosaka, kādas funkcijas jātrenē, lai izvēlētos metodi, kas uz to iedarbosies.
• Definējot strukturētus kognitīvus vingrinājumus vai metodes, kuru mērķis ir uzlabot noteiktas smadzeņu funkcijas, smadzeņu treniņiem noder virkne pierādītu metožu: meditācija, kognitīvi biheiviorālā terapija, kognitīvais treniņš (ar datorizētām programmām) un biofeedback.
• Meditācija var trenēt cilvēka emocionālo kontroli un uzmanības fokusu. Astoņas nedēļas ilga stresa mazināšanas programma ar apzinātību var būt pietiekama, lai palielinātu smadzeņu tilpumu reģionos, kas saistīti ar mācīšanos, atmiņu un emociju regulēšanu.
• Kognitīvo treniņu datorprogrammas: dažas paredz vispārēju smadzeņu treniņu, bet citu mērķis ir specifiskas funkcijas vai spējas (piemēram, darba atmiņa).
• Biofeedback fizioloģisko reakciju kontrolei un uzlabošanai: vēl viena izvēle, ko patiesi var uzskatīt par smadzeņu treniņu ar savu struktūru un efektivitāti.

Farmakoterapija

Atmiņas funkcijas ietekmē dažādas neirotransmiteru sistēmas, tāpēc varētu domāt, ka atmiņas traucējumu farmakoloģiska modulācija vai pat funkciju pastiprināšana ir iespējama. Vienlaikus ir maz pētījumu par farmakoloģisku atmiņas traucējumu ārstēšanu pacientiem bez demences, tāpēc runa var būt par individuāliem terapijas mēģinājumiem, kuru efektivitāte arī atsevišķos gadījumos rūpīgi jākontrolē. Pētījumi pārsvarā ir par galvas smadzeņu traumu un smagu atmiņas traucējumu ārstēšanu.

Demences dažādo formu terapijas iespējas

Demences pacientu terapijas plāna sastāvdaļas: farmakoterapija un psihosociāli pasākumi pacientiem un viņu piederīgajiem.

Pašreiz Alcheimera demences ārstēšanā izmanto acetilholīnesterāzes inhibitorus un NMDA agonistu memantīnu.

Vieglas Alcheimera demences ārstēšanā izmanto tādus acetilholīnesterāzes inhibitorus kā donepezils, galantamīns, rivastigmīns. To iedarbība atkarīga no devas, tāpēc titrējot būtu jāsasniedz maksimālā panesamā un iedarbīgā deva (donepezils 10 mg/d, galant-amīns 24 mg/d, rivastigmīns 12 mg/d). Jāņem vērā arī iespējamās blakusparādības.

Tā kā slimībai ir progredienta gaita, tad pacients no vieglas-vidējas demences var pāriet arī uz demences smagāko formu. Ir pierādījumi par donepezila efektivitāti arī smagas Alcheimera demences gadījumā (ietekmē kognitīvās funkcijas, ikdienas aktivitātes), kā arī par galantamīna ietekmi uz kognitīvajām funkcijām. Tāpēc ar šiem preparātiem var gan ārstēt pacientus, kas ar tiem ārstēti iepriekš, gan sākt terapiju pirmreizējiem pacientiem.

Memantīns vairāk piemērots izteiktas-smagas Alcheimera demences ārstēšanai (uzlabo kognitīvās funkcijas, ikdienas aktivitātes un kopējo klīnisko ainu).

Demences kognitīvo traucējumu ārstēšanai bieži izmanto Ginkgo Biloba preparātus. Vācijā EgB761 ekstrakts atļauts simptomātiskai demences sindromu ārstēšanai. Tomēr pētījumu dati par Ginkgo Biloba preparātiem ir heterogēni; jaunākie pētījumi rāda, ka, ārstējot demences pacientus ar neiropsihiatriskiem traucējumiem ar EGb 761 240 mg/dienā, konstatēti ievērojami labāki rezultāti nekā placebo grupai (GOTADAY Study Group 2010).

Arī pētījumos par Ginkgo Biloba efektu Alcheimera slimības, vaskulāras un jauktas demences ārstēšanā, izmantojot standartizētu EGb761 ekstraktu (deviņi pētījumi, 2372 pacienti, 12-52 nedēļas), konstatēta EGb761 ekstrakta labāka efektivitāte par placebo, bet nav nepārprotamu datu par tā ietekmi uz neiropsihiatriskiem traucējumiem un dzīves kvalitāti, iespējams, heterogēnās pētījuma populācijas dēļ.

Pētījumā par RGb761 ekstrakta un donepezila efektivitāti Alcheimera slimības terapijā ir trīs hipotēzes, kas vēl jāpārbauda: nav nozīmīgas efektivitātes atšķirības starp EGb 761 un donepezilu; kombinētā terapija ir efektīvāka nekā monoterapija ar kādu no preparātiem; donepezilam būs mazāk blakņu kombinētas terapijas ietvaros nekā monoterapijā.

Cita terapija

Nav pārliecinošu efektivitātes datu par nesteroīdo pretiekaisuma līdzekļu (Rofecoxib, Naproxen, Diclofenac, Indometacin) ietekmi uz Alcheimera demences simptomātiku.

Sieviešu ārstēšana ar hormonaizstājterapiju Alcheimera demences gadījumā neuzrādīja efektivitāti, bet palielināja insulta, trombozes un krūts vēža risku.

Praksē tiek lietoti dažādi nootropie līdzekļi (piracetāms, nicergolīns, hidergīns, lecitīns (fosfatidilholīns), nimodipīns, selegelīns, cerebrolizīns), bet vēl trūkst pārliecinošu šo substanču efektivitātes pierādījumu Alcheimera demences terapijā.

Vaskulāra demence

Vaskulārā demence ir cerebrovaskulārie bojājumi (mikroangiopātiskie bojājumi, makroinfarkti), kas tālāk veicina demences attīstību. Tātad vaskulāro bojājumu profilakse ir nozīmīga vaskulārās demences terapijas sastāvdaļa; praktiski tie ir insulta profilakses pasākumi.

Šobrīd nav kādas noteiktas vaskulārās demences simptomātiskas terapijas. Ir norādījumi par acetilholīnesterāzes inhibitoru un memantīna ietekmi uz subkortikālas vaskulāras demences formām, tāpēc atsevišķos gadījumos šādu terapiju var apsvērt.

Vieglu kognitīvu traucējumu (VKT) ārstēšana

Veikti daudzu medikamentu pētījumi VKT ārstēšanā. Lietojot Alcheimera demences terapijai paredzētos acelilholīnesterāzes inhibitorus, tomēr nav izdevies palēnināt VKT pāreju demencē.

Ginkgo Biloba ekstrakts (EGb 761) un E vit-amīns arī neuzrādīja demences attīstības aizkavēšanu pacientiem ar VKT. Līdz ar to nav pierādījumu efektīvai farmakoterapijai, kas mazinātu risku VKT pārejai demencē.

Kopsavilkums

• Mācīšanās un atmiņa ļauj nervu sistēmai pielāgoties apkārtējai videi un optimizēt uzvedību.
• Mācīšanās ir uzdevums mūža garumā. Tas izdodas ļoti viegli, kad vēl esat jauns, grūtāk, kad kļūstat pieaudzis, bet vecumā lielākajai daļai cilvēku - pavisam grūti.
• Mūsu smadzenes ir kā muskulis, kuru var trenēt. Ja to neizmanto, tas iznīkst.
• Atmiņas funkcijas ietekmē dažādas neirotransmiteru sistēmas, tāpēc varētu domāt, ka atmiņas traucējumu farmakoloģiska modulācija vai pat funkciju pastiprināšana ir iespējama. Vienlaikus ir maz pētījumu par farmakoloģisku atmiņas traucējumu ārstēšanu pacientiem bez demences.