13.12.2019-15:30:00   |   Radoslav Janoštiak
#Živá príroda

Systémy a podsystémy

Môžeme teda povedať, že schopnosť učiť sa a rozpamätať sa na naučené informácie je jedna z najdôležitejších funkcií ľudského mozgu. Aj keď každý intuitívne tuší, čo pojem pamäť zahŕňa, výskumy na zdravých jedincoch a najmä na ľuďoch s poškodenou určitou časťou mozgu ukazujú, že existuje niekoľko viac či menej oddelených pamäťových podsystémov, ktoré majú za úlohu ukladať informácie rôzneho druhu. Tieto podsystémy môžeme rozdeliť na základe časového horizontu v akom pracujú (krátkodobá a dlhodobá pamäť) a na základe typu informácie, ktorú ukladajú (bude popísané neskôr).


Ako som spomenul, prvé jednoduchšie rozdelenie delí pamäť na krátkodobú a dlhodobú. Ako už názov napovedá, krátkodobá alebo aj pracovná pamäť ukladá informácie, ktoré sú relevantné pre krátkodobé (niekoľko minút až desiatok minút) ciele. U ľudí má dva podsystémy, ktoré ukladajú verbálne alebo audiovizuálne informácie. Oba tieto podsystémy sú zabezpečované rôznymi oblasťami v mozgovej kôre.

Na to, aby sme si niečo zapamätali na dlhšie než pár minút, potrebujeme, aby sa informácia z krátkodobej pamäte presunula do dlhodobej. Výskumy ľudí, ktorí mali poškodený tzv. stredný temporálny lalok (medial temporal lobe) a v ňom nachádzajúci sa hippocampus, ukázali, že títo pacienti nie sú schopní prenášať informácie z krátkodobej do dlhodobej pamäte. Pacienti s poškodením v danej oblasti si pamätali informácie z doby pred poškodením, mali neporušenú krátkodobú pamäť a tiež vedeli normálne komunikovať. Jediné, čo nedokázali, bolo zapamätať si nové informácie na viac než pár minút.


-



Ďalšími výskumami sa ale zistilo, že títo pacienti si predsa len dokázali dlhodobo zapamätať napríklad nové motorické schopnosti, jednoduché alebo aj podmienené reflexy (klasické Pavlovove podmieňovanie). Na základe týchto skutočností boli popísané dva typy dlhodobej pamäte, rozlišované na základe toho, či vybavenie si informácie musí prebiehať vedome alebo nevedome.

Dlhodobú pamäť teda môžeme rozdeliť na tzv. implicitnú pamäť - nevedomé spracúvanie motorických schopností alebo reflexov, a explicitnú - vedomé vybavovanie si faktov, tvárí, situácií atď.

Explicitná pamäť

Kanadský psychológ Endel Tulving navrhol rozdelenie explicitnej pamäte na epizodickú - ukladá spomienky, subjektívne zážitky a situácie -, a sémantickú, ktorá ukladá fakty a informácie.

Pre obe je dôležitý vyššie spomínaný stredný temporálny lalok, ktorý ale funguje len ako prepojovacia stanica medzi zmyslovými vzruchmi a konečnými úložiskami informácií. Tie sa nachádzajú v rôznych oblastiach mozgovej kôry koncového mozgu.


Neskôr bolo popísané, že pre správnu funkciu explicitnej pamäte sú dôležité 4 procesy: zakódovanie novej informácie do "reči" neurónov, uloženie v príslušných častiach mozgu, konsolidácia a stabilizovanie danej informácie a nakoniec rozpamätanie sa.

Kritickú úlohu vo všetkých týchto procesoch zohráva spomínaný stredný temporálny lalok. V experimentoch, kde boli ľudia sledovaní pri učení a rozpamätávaní sa (prvý z procesov tvorby spomienok) pomocou funkčnej magnetickej rezonancie, sa zistilo, že aktivita jednak stredného temporálneho laloku, ale tiež aktivita v kôre koncového mozgu, bola vyššia u informácií, ktoré si ľudia zapamätali, než ktoré si nezapamätali.

Tieto procesy sú podobné pre epizodickú aj sémantickú pamäť. Sémantická pamäť má ale jedno zaujímavé špecifikum. Fakty a informácie o okolitom svete sú roztriedené podľa špecifického kľúča a napríklad boli popísané prípady pacientov, ktorých vedomosti o neživých objektoch boli bezchybné, avšak vedomosti o živých objektoch boli porušené. Napríklad definovali "osu" ako vtáka, ktorý lieta.

Implicitná pamäť

Druhý typ pamäte - implicitná pamäť - spracováva informácie nevedome. Neurobiológovia kategorizovali niekoľko jej typov, avšak základným princípom ostáva, že opakovaním niektorej činnosti sa nevedome vytvára pamäťová stopa.

Snímanie mozgu ukázalo, že časti mozgu, ktoré sú aktívne pri učení (prvotné stretnutie sa s problémom), sú odlišné, než časti zodpovedné za vykonávanie danej funkcie, ak už je pamäťová stopa vytvorená.

Jedným z takýchto príkladov je učenie sa bicyklovať alebo riadiť auto. Ak by sme snímali mozgy ľudí, ktorí sa len nedávno naučili šoférovať a teda sa ešte potrebujú sústrediť na jednotlivé úkony, zaznamenali by sme aktivitu v iných častiach mozgu než u ľudí, ktorí šoférujú často a mnoho rokov. Tí z vás, ktorí už majú niečo odjazdené, mi asi dajú za pravdu, že úkony ako preraďovanie alebo zapínanie smeroviek robia úplne podvedome.

Ďalšími zaujímavými funkciami mozgu, ktoré obsluhuje implicitná pamäť, sú jednoduché zvyky alebo aj podmienené reflexy slávneho Pavlovovho podmieňovania. V tomto prípade môžeme implicitnú pamäť rozdeliť na asociatívnu a neasociatívnu.

Neasociatívna implicitná pamäť je reakcia na ten istý opakujúci sa podnet. Napríklad ak ľudia sledujú ohňostroje, úplne prvý výbuch ich môže prekvapiť alebo vystrašiť, avšak intenzita reakcie na opakované výbuchy sa postupne znižuje - tento jav sa nazýva habituácia.

Asociatívna implicitná pamäť je zaujímavejšia a môžeme ju rozdeliť na tzv. klasické podmieňovanie a operatívne podmieňovanie. Klasické podmieňovanie je jav, pri ktorom sa organizmy naučia spájať si dva podnety - napríklad ako Pavlovove psy svetlo zo žiarovky a jedlo, v očakávaní ktorého slintali.

Na prvý pohľad ide o jednoduché podmieňovanie, avšak ďalším výskumom sa zistilo, že podmieňovanie závisí nielen od jednoduchej časovej následnosti, ale aj od vzťahu stimulov.

Nie sme oveľa "chytrejší" ako holuby?

Operatívne podmieňovanie je jav, pri ktorom sa organizmy naučia asociovať si určitý typ správania so spätnou väzbou. Klasickými príkladmi sú experimenty B.F.Skinnera s holubmi. Holuby zavreté v experimentálnej klietke v určitom náhodne zvolenom okamihu dostali potravu a ak náhodou v tom momente mali zdvihnuté pravé krídlo, spojili si to so skutočnosťou, že dostali potravu a začali dvíhať pravé krídlo s očakávaním potravy. Ak im potrava bola poskytnutá čo i len v nepravidelných intervaloch, holuby stále dvíhali pravé krídlo.


Operatívne podmieňovanie funguje veľmi dobre aj na ľudí. Okrem klasických situácií, keď za určité správanie dostaneme pochvalu/odmenu alebo trest, spomeniem dva nie až tak zjavné avšak o to závažnejšie príklady. Prvým sú hazardné hry – pravdepodobnosť, že človek vyhrá je minimálna a absolútne nepredpovedateľná. Ak však človek raz vyhrá, tak sa o to bude snažiť znova a znova, pričom neúspešné pokusy budú extrémne prevažovať. Avšak práve absolútna nepravidelnosť v kombinácii s občasnou výhrou vedie k tomu, že človek vytrvá v hraní.

Druhým príkladom je tzv. traumatické naviazanie. Tento jav je popísaný na obetiach vzťahového násilia, kde sa úplne nepravidelne striedajú obdobia zneužívania (fyzického či psychického) s obdobiami pozitívnej motivácie a odmeňovania – niečo ako prístup „cukor a bič“. Výsledkom je, že obeť zneužívania sa stále nevie emocionálne odpútať od zneužívateľa.

Premenlivé spomienky

Ukladanie spomienok nie je dokonalé. Mnohé experimenty dokázali, že naše spomienky sa menia bez toho, aby sme si to uvedomovali.

Zistilo sa napríklad, že ak vedci dali ľuďom prečítať a zapamätať si jednoduchý príbeh a účastníci ho neskôr mali v určitých časových intervaloch reprodukovať, ich rozprávanie bolo značne odlišné od originálu. Čím dlhší časový úsek uplynul, tým bol príbeh obmenený viac a viac. Ibaže daní ľudia si boli istí, že reprodukujú príbeh presne v rovnakej podobe, v akej ho čítali. Dokonca aj ich vlastné reprodukcie sa postupne menili.

Z môjho pohľadu má táto skutočnosť zásadné implikácie pre každodenný život, tou najjednoduchšou by asi bola rada, že ak si chcete niečo zapamätať presne tak, ako sa to stalo, zapíšte si to :).

Dodatok: Ako fungujú nervové vzruchy?
Predtým, ako popíšem, ako sa spomienky v mozgu ukladajú z molekulárneho hľadiska, je potrebné, aby sme si niečo povedali o princípoch fungovania a šírenia sa nervových vzruchov.

V nervovej sústave od najjednoduchších živočíchov až po človeka sa informácia v rámci jedného neurónu prenáša pomocou elektrických signálov. Na spojeniach dvoch alebo viacerých neurónov, tzv. synapsiách, sa informácie prenášajú pomocou chemických molekúl - neurotransmiterov.

Podstatou prenosu nervových vzruchov je zmena elektrického napätia na membránach neurónov - takzvaného membránového potenciálu. Membránový potenciál je rozdiel vo veľkosti elektrického náboja medzi vnútrobunkovým a mimobunkovým prostredím neurónu, ktorý je zabezpečený rozdielnou koncentráciou iónov.

V nestimulovanom neuróne sú kladne nabité draslíkové ióny a negatívne nabité organické ióny koncentrované na vnútornej strane membrány a kladne nabité sodíkové a negatívne nabité chloridové ióny na vonkajšej strane. Rozličné koncentrácie týchto iónov dávajú vzniknúť pokojovému membránovému potenciálu, ktorý má hodnotu -60 az -70mV - vnútorná strana membrány je nabitá záporne a vonkajšia je nabitá kladne.

Membránový potenciál je ďalej determinovaný špecifickými koncentráciami draslíkových a sodíkových iónov, ktoré sú udržiavané dvoma systémami - pasívnym prenikanim týchto iónov cez tzv. kanály a aktívnym transportom týchto iónov pomocou tzv. sodíkovo-draslíkovej pumpy. Táto aktívna pumpa konštantne spotrebúva energiu, preto je mozog energeticky najnáročnejší orgán.


-



Ako je to v praxi
Čo sa stane v situácii, keď nejaký signál aktivuje zmyslové receptory, napríklad svetlo bunky na sietnici oka?

Pre jednoduchosť sa tu nebudem zaoberať spracovaním svetla v bunkách, ale prejdem k výsledku, a ten je, že takto aktivovaná receptorová bunka spôsobí zmenu membránového potenciálu neurónu - zo záporných hodnôt sa dostane do kladných. Tým sa spustí kaskáda otvárania sa tzv. napäťovo-závislých sodíkových kanálov na membráne neurónu, cez ktoré prúdi do neurónu obrovské množstvo sodíkových iónov, ktoré depolarizujú membránu - toto sa nazýva akčný membránový potenciál a má hodnotu +50mV.


Tento akčný potenciál sa šíri ako vlna vo výbežkoch neurónov pretože otvára tieto napäťovo závislé kanály a cez tie následne prúdia ďalšie sodíkové ióny pričom celé to funguje na princípe pozitívnej spätnej väzby. Aby bolo zabezpečené smerové šírenie tohto vzruchu, tieto napäťovo závislé kanály sa po čase inaktivujú a prestanú prepúšťať sodíkové ióny a pomocou vyššie spomínanej draslíkovo sodíkovej pumpy sa znova ustáli pokojový membránový potenciál na úrovni -70mV. Takto sa šíri vzruch v rámci jedného neurónu. Nervová sústava a ľudský mozog špeciálne, sa ale skladá z miliárd neurónov a komunikácia medzi nimi je kľúčom k jej fungovaniu.


-



Prenos signálu z jedného neurónu na druhý sa odohráva na tzv. synapsiách. Komunikujúce neuróny teda rozdeľujeme na presynaptické (od ktorých signál prichádza) a postsynaptické (na ktoré sa signál prenáša).

Synapsie môžeme rozdeliť do dvoch druhov - elektrické a chemické. Pri elektrických sú membrány pre- a post-synaptických neurónov prepojené pomocou špeciálnych kanálov, ktoré prepúšťajú ióny a depolarizácia pokračuje ďalej tak ako v presynaptickom neuróne.

Zaujímavejšie sú chemické synapsie, pretože sa signál z presynaptického na postsynaptický neurón sa prenáša pomocou chemických prenášačov - napríklad acetylcholín alebo známe molekuly dopamín a endorfín. Tieto nervové prenášače sú uložené v tzv. vesikloch - vrecúškach, a sú pripravené byť vypustené do synaptickej štrbiny.

Ak na presynaptickú membránu dorazí depolarizácia, aktivuje sa ďalší typ kanálov – napäťovo-závislé vápnikové kanály. Tým pádom koncentrácia vápnika v nervových zakončeniach výrazne stúpne, čo spôsobí aktiváciu týchto vesiklov a nervové prenášače (neurotransmitery) sú vypustené z presynaptického neurónu. Tieto neurotransmitery môžeme rozdeliť do dvoch typov - ionotropické a metabotropické. Ionotropické aktivujú priamo iónové kanály najmä sodíkové, aby umožnili vnikanie sodíka do postsynaptického neurónu a tým depolarizáciu a vznik akčného potenciálu. Na druhej strane metabotropické aktivujú iný typ receptorov, ktoré nie sú priamo iónové kanály, ale prenášajú signál na enzýmy, ktoré potom modulujú aktivitu iónových kanálov. Oba tieto typy receptorov hrajú dôležitú rolu v procese učenia a pamäte a predstavím ich v ďalšej časti článku.


-



-

Tento článok sme Vám mohli priniesť vďaka podpore na Patreone. Aj symbolický príspevok nám pomôže zverejňovať viac kvalitných článkov.


-
Páčia sa Vám naše články? Podporte nás

Zdieľajte článok







Pridať e-mail