Uczenie się i zapamiętywanie nie polegają wyłącznie na pobudzaniu komórek nerwowych. Równie ważne jest hamowanie ich aktywności, które pomaga mózgowi porządkować informacje i kontrolować przepływ sygnałów. Mechanizmy te badają naukowcy z Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu.
Mózg potrzebuje równowagi
Przez wiele lat badania nad uczeniem się koncentrowały się przede wszystkim na połączeniach pobudzających między neuronami. Uważano je za główny mechanizm zmian umożliwiających zapamiętywanie nowych informacji. Natomiast połączeniom hamującym przypisywano przede wszystkim funkcję ochronną, zapobiegającą nadmiernej aktywności mózgu.
Dziś wiadomo, że oba rodzaje połączeń współpracują ze sobą, a ich siła może zmieniać się pod wpływem doświadczeń. Zjawisko to nazywa się plastycznością synaptyczną. Dzięki niemu mózg dostosowuje sposób działania do nowych informacji i może utrwalać zdobyte umiejętności.
Co ciekawe, dzieci mają znacznie więcej połączeń między neuronami niż dorośli. Nie oznacza to jednak, że ich mózg działa sprawniej. W miarę rozwoju część połączeń zanika, a pozostałe są reorganizowane i wzmacniane. Dzięki temu sieci neuronalne mogą działać bardziej efektywnie.
Jaką rolę odgrywa hipokamp?
Szczególnie ważnym obszarem badań jest hipokamp, czyli struktura mózgu, która uczestniczy w uczeniu się i tworzeniu wspomnień. Hipokamp odgrywa istotną rolę w zapamiętywaniu przestrzeni i orientowaniu się w otoczeniu.
W hipokampie występuje wiele rodzajów neuronów hamujących. Do komunikacji wykorzystują one GABA, czyli neuroprzekaźnik, który najczęściej ogranicza aktywność innych komórek nerwowych. Połączenia wykorzystujące tę substancję określa się jako synapsy GABA-ergiczne.
Naukowcy z Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu sprawdzają, jak takie połączenia zmieniają się podczas uczenia się i zapamiętywania. Interesuje ich również to, w jaki sposób krótkotrwałe zmiany w komunikacji między neuronami mogą zostać utrwalone. Jednym z ustaleń zespołu jest to, że ograniczenie syntezy białek może zaburzać plastyczność synaptyczną.
Zobacz też, dlaczego udar mózgu występuje również u młodych ludzi.
Mózg tworzy własną mapę przestrzeni
Drugi kierunek badań dotyczy mechanizmu nazywanego plastycznością w behawioralnej skali czasu (BTSP). Umożliwia on łączenie informacji, które pojawiają się w odstępie nawet kilku sekund.
Ma to duże znaczenie w codziennym funkcjonowaniu. Kiedy wchodzimy do nieznanego pomieszczenia, mózg musi połączyć kolejne bodźce i stworzyć spójny obraz otoczenia. Nie zapamiętuje przecież każdego sygnału jako zupełnie odrębnego zdarzenia.
Z tym procesem związane są tak zwane komórki miejsca w hipokampie. Ich aktywność odpowiada określonym lokalizacjom. Dzięki temu mózg może tworzyć wewnętrzną mapę przestrzeni. Badacze chcą ustalić, jak w tym mechanizmie uczestniczą nie tylko synapsy pobudzające, ale również hamujące.
Optogenetyka pozwala badać neurony z dużą precyzją
Wrocławski zespół wykorzystuje w swoich projektach optogenetykę. Jest to metoda, która pozwala kontrolować aktywność wybranych komórek nerwowych za pomocą światła.
W badaniach wykorzystuje się zmodyfikowane genetycznie myszy, których określone neurony zawierają białka reagujące na światło. Tym sposobem naukowcy mogą pobudzać wybrane grupy komórek i obserwować, jak wpływa to na komunikację w sieci neuronalnej.
Takie podejście pomaga analizować mechanizmy, których nie dałoby się łatwo rozdzielić przy badaniu całego mózgu. Aczkolwiek należy zaznaczyć, że metoda nie jest jeszcze gotowym sposobem leczenia chorób neurologicznych. Na tym etapie służy przede wszystkim poznawaniu podstawowych procesów, jakie zachodzą w układzie nerwowym.
A jeśli chcesz wiedzieć, w jaki sposób źrenice mogą zdradzać pracę mózgu, kliknij tutaj.
Sen, ruch i powtarzanie wspierają zapamiętywanie
Badania nad plastycznością mózgu pomagają lepiej zrozumieć, dlaczego niektóre warunki sprzyjają nauce. Ważne są nie tylko mechanizmy zachodzące w synapsach, ale również codzienne nawyki.
W utrwalaniu wiedzy znaczenie mają przede wszystkim:
- Powtarzanie – ponowne kontaktowanie się z informacją pomaga utrwalać zmiany w połączeniach nerwowych.
- Sen – podczas głębokich faz snu odtwarzają się określone wzorce aktywności neuronów, co wspiera utrwalanie wspomnień.
- Aktywność fizyczna – ruch sprzyja procesom związanym z plastycznością mózgu.
- Nowe doświadczenia – nieoczekiwane i angażujące bodźce mogą aktywować układy neuroprzekaźników uczestniczące w uczeniu się.
Zdolność mózgu do reorganizacji ma znaczenie również w rehabilitacji neurologicznej. Dzięki plastyczności możliwe jest częściowe przejmowanie utraconych funkcji przez inne obszary lub połączenia nerwowe. Zakres takiej poprawy zależy jednak od rodzaju i rozległości uszkodzenia.
Naukowcy podkreślają, że mimo ogromnego postępu neurobiologii wiele mechanizmów pracy mózgu wciąż pozostaje niewyjaśnionych. Lepsze poznanie równowagi między pobudzaniem a hamowaniem może w przyszłości pomóc zrozumieć zarówno procesy uczenia się, jak i niektóre zaburzenia funkcjonowania układu nerwowego.
