16. března 2019 4:33 Lidovky.cz > Relax > Věda

Zeptali jsme se vědců: Kde a jak se v mozku ukládají vědomosti a vzpomínky?

Schéma mozku. Vyznačeny jsou mimo jiné hipokampus a amygdala, důležité pro... | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy Schéma mozku. Vyznačeny jsou mimo jiné hipokampus a amygdala, důležité pro... | foto: Wikimedia Commons/volné dílo

Paměť si můžeme představit jako hru na tichou poštu. Hrají ji mnohé z našich 100 miliard mozkových buněk (neuronů), propojených do složitých sítí. Na otázku odpověděl prof. RNDr. František Vyskočil, DrSc., z Katedry fyziologie Přírodovědecké fakulty UK a Fyziologického ústavu AV ČR.

Sítě se dotýkají nebo prolínají v několika důležitých uzlech. Nejdříve „pošeptáme“ informaci nebo její část jednomu či několika periferním hráčům (receptorům v kůži, oku, cévách v hlavě atd.) a ti ji předávají dál. Jsou-li hráči-neurony pozorní a neomámení alkoholem, drogami nebo nejsou unavení (mají tedy dost glukózy a energie ve formě molekul ATP), informace se dostane k uzlovým a nakonec ke koncovým skupinám hráčů jen s malým zkreslením.

Někdy je vjem udržen pouze sekundy, jako v případě telefonního čísla ze seznamu po dobu vytáčení. Toto je takzvaná senzorická (ultrakrátká) paměť, která uchovává informace přicházející ze smyslů. Například máme na krátkou dobu „před očima“ to, co jsme právě viděli, v uších nám zní melodie a podobně. Senzorická paměť je omezena na 5–9 prvků a trvá pár sekund až zhruba 10 minut. Souvisí s ní i „magické“ číslo 7±2, což je třeba počet zapamatovatelných čísel pro okamžité telefonování. Následně se může informace uložit do střednědobé paměti (s trváním 30–40 minut).

Uzloví a koncoví hráči (neurony) neustále hodnotí smyslové zprávy a porovnávají je s tím, co už je v jiných částech mozku uloženo. Vjemy jsou srovnávány dokonce i s vrozenými paměťovými obrazci, jakousi ROM pamětí, nastavenou při vývoji mozku našimi geny. Takto máme například uloženo, jak má vypadat lidský sameček nebo samička, aby se nám (a ne třebas šimpanzovi) líbili jako potenciální partneři.

To vše má na starosti krátkodobá paměť (paměť operativní, pracovní). V ní probíhá naše přítomnost, všechny psychické procesy a hodnocení naší situace. Vědomě a aktivně řešíme s její pomocí svoje okamžité problémy, ovšem většinou za asistence dlouhodobé paměti – využíváme tedy předchozí zkušenosti, zapsané v paměti sémantické neboli vědomostní.

Vjem je ukládán do paměti v jedné či několika formách:

  • jako neustále kroužící elektrické obvody
  • jako zvýšené či snížené vylučování neuropřenašečů na některých synapsích (kontaktech mezi neurony)
  • jako poměrně rychlé zvětšení plochy synapsí a nárůst počtu molekul receptorů – především receptorů citlivých k nervovému přenašeči glutamátu.

Tyto procesy mohou rychle skončit a paměťová stopa čili engram vymizí. Nebo se vjemy naopak posilují zvýšenou pozorností, opakováním, případně silným emočním zážitkem (typu 11. září jsem havaroval). Zpráva se v takovém případě může okamžitě zapsat a zhruba po 45 minutách uložit do dlouhodobé paměti. Dlouhodobá paměť potom může a nemusí – k naší občasné nelibosti – okamžitě poskytnout příslušnou informaci (jak jen se ten známý chlapík jmenuje?).

Při ukládání je důležitá hlavně souhra dvou mozkových oblastí: starobylé části mozkové kůry zvané hipokampus a nedaleké amygdaly. Hipokampus je centrem paměti na události, nazývané episodická či deklarativní. Amygdala je sídlem radosti, utrpení a strachu. Hlavně u žen umožňuje spojení amygdaly s paměťovými centry v koncovém mozku dlouhodobé uchování mnoha zážitků – i těch, které my muži většinou zapomeneme (první polibek a podobně).

Když jde o nepříliš důležitou informaci, uzloví hráči paměti v mezimozku, mozečku, podkorových centrech (striatum) nebo v kůře koncového mozku (asociační prefrontální kůra) se rozhodnou, že ji někam odloží jako jakýsi „mozkový SPAM“. Některá pozorování naznačují, že všechno, co prožijeme, je kdesi v nervové soustavě uloženo. Můžeme si to pak vybavit třeba v hypnóze. Naše psychika, je-li zdravá, také potlačuje nepříjemné vzpomínky, eventuálně je upravuje do růžova.

Zeptejte se vědců

Neumíte si vysvětlit některé zákony přírody? Zajímá vás proč je obloha modrá, nebo proč si sova nemůže ukroutit krk? Zeptejte se vědců prostřednictvím rubriky serveru Lidovky.cz.

Otázky posílejte na e-mail internet@lidovky.cz a do předmětu napište: otázka pro vědce a nebo položte otázku přes Twitter s hashtagem # otazkaprovedce.

Krátkodobá paměť dokáže uchovat smyslové vjemy z okolí nebo z orgánů a nabídnout je k zařazení, při kterém rozhoduje význam vjemu, vztah k naší minulosti a budoucnosti (mentální reprezentace) a vztah k informacím vyvolaným z paměti dlouhodobé.

Takovéto porovnávání a zařazování probíhá neustále s frekvencí takzvaného theta rytmu, asi 8× za sekundu. Jeho důležitým centrem je právě hipokampus. K trvalejšímu ukládání nových paměťových stop přispívá kvalitní spánek. Během něj se totiž stopy konsolidují, neboli zařazují do již existujících paměťových bloků.

Jak pracuje paměť na základní fyziologické a molekulární úrovni? V hipokampu (ale i v mozečku a jinde) se opakovaným drážděním a vtokem vápníkových iontů doplňují na vzrušivých synapsích nové funkční receptory pro nervový přenašeč glutamát. Přesněji jde o takzvané AMPA receptory v postsynaptické membráně.

Enzym CaM kináza II, spojený s tímto nárůstem počtu receptorů, sám sebe dlouhodobě aktivuje. Vzniká tak hodiny přetrvávající zvýšení synaptických potenciálů neboli dlouhodobá synaptická potenciace (long-term potentiation, LTP). Jde o jednoduchou dobře „propustnou“ paměťovou stopu, jakési kvantum paměti. Z těchto kvant se staví celá vzpomínka a jako taková se může i najednou vybavit (viz práci K. Ježka a spol., Nature 478, 246–249, 2011).

Život v obohaceném prostředí zlepšuje paměť dětí i dospělých v první polovině života. Ale zřejmě nepůsobí stejně na různé typy LTP v mozku. Jeden typ LTP je patrně ovlivňován velmi dobře, a to ten, který je spojen s prostorovou pamětí v hipokampu. Označuje se jako theta-burst-related-LTP.

Theta rytmem nazýváme vlny s frekvencí 6–11 Hz viditelné na záznamech elektrické aktivity mozku. Theta rytmus je projevem klíčových dějů při hromadění, propojování a vybavování paměťových stop. Probíhá rovněž v REM fázi spánku a existují teorie o jeho účasti při přenosu paměťové pracovní stopy do dlouhodobé paměti.

Ukládání do paměti je časový proces, kdy neuronové populace zpracovávají informace ze smyslů a hledají k nim odpovídající uchovávanou vzpomínku. Pracují v krátkých theta cyklech, opakujících se přibližně 8× za sekundu, jak už jsme zmínili. Theta rytmus je dominantní; je jakýmsi univerzálním mozkovým časovačem. Zajišťuje komunikaci mezi vzdálenými mozkovými centry, protože pro paměť není důležitý jen hipokampus, ale vlastně většina mozkových struktur.

Neurony a jejich propojení synapsemi. Vpravo dole detail synapse.

Jsme-li psychicky zdraví, pak cyklický, neustále se opakující proces aktivace paměti umožňuje podvědomě několikrát za sekundu korigovat eventuální nepřesnosti ve vybavování té či oné vzpomínky. Ale především umožňuje zjistit, které vzpomínky nejlépe odpovídají novým informacím, proudícím do hipokampu z jiných částí mozku.

To z nás činí jedinečné, homogenní bytosti s osobní historií a osobním otiskem světa v naší mysli. Pravá polokoule koncového mozku také někdy vytváří nikdy neprožité kombinace obrazů, dějů nebo řešení problémů a situací – což je podstatou tvůrčího myšlení.

Výsledkem procesů přinášejících a zpracovávajících smyslové vjemy nebo vnitřní činnost různých jader v mozku bývá třeba i výkřik naší ratolesti v zoo: „Tati, koukej, tahle opice je celý dědeček!“ Opět je to strukturovaný theta rytmus, který propojuje vědomí s nevědomím a umožňuje prožívat dokonce takové stavy, jako jsou fantazie, halucinace či představy.

Paměťová soustava v hipokampu je tedy v čase rytmizována do řetězce theta vln, nutných pro uložení, konsolidaci a vybavení paměťových stop.

Paměť někdy zlepšují jiné nečekané činnosti. Je dobře známo, že se zapamatování zlepšuje při žvýkání (možná lepším prokrvením mozku). Hmatové rozpoznávání předmětů pod přikrývkou je zas úspěšnější, když máme otevřené oči a bloumáme zrakem po okolí (podle článku autora v časopise Vesmír 91, 625, 2012/11).

Prirodovedci.cz

Najdete na Lidovky.cz