Čo je pamäť? Ako vznikajú spomienky? Môžu sa stať nesmrteľné? A ako rýchlo premieňame sci-fi na realitu? Veda nám postupom času otvára brány do celkom nového vesmíru v našom mozgu, nie menej komplikovaného ako ten dookola.
Kartotéka, ktorá ukrýva zložky plné informácií alebo super počítač s obrovskou kapacitou a rýchlosťou – aj takto si predstavujeme, ako pamäť funguje. S ohľadom na súčasné poznatky z oblasti biológie a psychológie sa však zdá, že hoci nie sú úplne nepresné, naša pamäť je predsa len o čosi zložitejšia.
Mozaika spomienok
Za pamäť nezodpovedá len jedna, konkrétna časť mozgu. Ide o proces tzv. distribuovaného spracovania, v ktorom zohrávajú úlohu viaceré oblasti, pričom vzájomne interagujú. Príkladom môže byť obyčajná jazda na bicykli. Ako sa dostať z jedného miesta na druhé, ako ovládať bicykel, bezpečnostné pravidlá, pocit nebezpečia v zákrute pri priblížení sa k autu… Každá spomienka, pochádzajúca z rôznej časti v mozgu, tvorí jeden súvislý celok, ktorý nám umožňuje vykonať spomínanú činnosť.
Elementy pamäte (znaky, zvuky, slová, emócie) sú zakódované v rovnakej časti, kde vznikli konkrétne fragmenty spomienok (zraková kôra a pod.). Spomienka v pamäti teda efektívne reaktivuje nervové vzorce, ktoré sa vyvíjali počas pôvodného kódovania. Znamená to, že práve tento druh distribuovaného spracovania zaručuje pretrvávanie skúseností, aj keď je časť mozgu poškodená. Pamäť je schopnosť kódovať, ukladať, uchovávať a následne znovu vyvolať informácie a minulé skúsenosti v mozgu prostredníctvom synchronizácie neurónov. Preto je trefnejšie predstaviť si ju ako druh koláže. Spomienky nie sú uložené ako knihy v knižnici, ale tvoria priebežnú rekonštrukciu prostredníctvom prvkov v rôznych častiach mozgu.
V orechovej škrupine
Základnú zložku nervového systému tvorí neurón, ktorý vysiela alebo spracováva informácie prostredníctvom elektrochemickej signalizácie. Priemerný ľudský mozog má približne 100 miliárd neurónov a mnoho ďalších tzv. neuroglií (gliové bunky), ktoré slúžia ako podpora a ochrana neurónov. Každý neurón môže byť spojený až s 10.000 ďalšími a tie odovzdávajú signály cez bilióny synaptických spojení. V porovnaní s počítačom ide o prenos 1 bilión bitov za sekundu. Odhady v rámci kapacity pamäte sa menia od 1 do 1.000 terabytov.
Typický neurón sa skladá z tela nazývaného soma alebo neurocyt, v ktorom sa nachádza bunkové jadro. Ďalšou časťou sú dendrity, krátke výbežky, ktoré prijímajú vstupné informácie. Tie sú pripojené k telu bunky a vytvárajú tzv. dendritický strom. Nasleduje axón, mimoriadne dlhé rozvetvené bunkové vlákno, ktoré môže byť až tisícnásobne dlhšie, ako neurocyt. Každý neurón udržuje na jeho membráne gradient napätia, v dôsledku metabolicky poháňaných rozdielov v iónoch sodíka, draslíka, chloridu a vápnika v bunke, pričom každý má iný náboj. Ak sa výrazne zmení napätie, vytvára sa elektrochemický pulz, známy aj ako akčný potenciál. Túto elektrickú aktivitu možno merať – zobrazuje sa ako forma vlny, ktorú nazývame mozgová vlna alebo mozgový rytmus.
Impulz sa rýchlo pohybuje pozdĺž axónu a je prenášaný špecializovaným spojením, známym ako synapsie, na susedný neurón, ktorý ho prijíma prostredníctvom svojich vejárovitých dendritov. Neuróny sa v synapsiách priamo nedotýkajú, je medzi nimi medzera (tzv. synaptická štrbina) so šírkou asi 20 nm. Spojenie sa uskutočňuje medzi nervovými zakončeniami neurónu a vstupnou membránou ďalšieho neurónu. Za vstupnú membránu označujeme membránu dendritov a bunkového tela neurónu. Typický neurón vyšle signál 5- až 50-krát za sekundu. Funkčne súvisiace neuróny, pripojené k sebe, vytvárajú neurónovú sieť. Tieto spojenia nie sú statické a menia sa v priebehu času. Čím viac signálov je vysielaných medzi neurónmi, tým viac rastie sila ich spojenia, a tak s každou novou skúsenosťou, každým spomenutím si, udalosťou či okolnosťou mozog mierne zmení svoju štruktúru.
Fyzika a chémia
Interakcie neurónov nie sú len elektrické, ale elektro-chemické. Každé axónové zakončenie obsahuje tisíce membránovo viazaných vačkov, pripomínajúcich drobné pľuzgieriky, ktoré zasa obsahujú neurotransmitery – nízkomolekulárne chemické látky, vznikajúce prirodzeným spôsobom v nervovej sústave a slúžiace na prenášanie nervového vzruchu. Dva najbežnejšie neurotransmitery sú aminokyseliny glutamát a GAMA (kyselina gama-aminomaslová), pričom ďalšie dôležité sú acetylcholín, dopamín, adrenalín, histamín, serotonín a melatonín. Pri stimulácií elektrickým impulzom sa uvoľňujú neurotransmitery rôznych druhov a putujú cez bunkovú membránu do synaptickej štrbiny medzi neuróny. Tieto chemické látky sa následne viažu na chemické receptory v dendritoch prijímajúceho neurónu. Pri tomto procese vznikajú zmeny v priepustnosti bunkovej membrány pre špecifické ióny a otvárajú sa brány umožňujúce záplavu nabitých častíc (iónov vápnika, sodíka, draslíka a chloridov). To má vplyv na náboj prijímajúceho neurónu, ktorý následne spustí ďalší elektrický signál. Celý tento proces trvá menej než 1/500 sekundy. Spôsob, akým sa správa dostane z jedného neurónu na druhý, ako sa mení elektrický signál na chemický, a späť, je reťazec udalostí, ktorý tvorí základ celej mozgovej aktivity.
Rôzne neurotransmitery majú tendenciu fungovať ako excitátory (napr. noradrenalín, histamín) alebo inhibítory (serotonín, glycín), zatiaľ čo niektoré (dopamín) môžu zastávať obe funkcie. Jemné rozdiely v mechanizme prenosu vzruchov dovoľujú mozgu reagovať na rôzne požiadavky, ktoré sú naň kladené, vrátane kódovania, konsolidácie, ukladania a načítania spomienok.
Janka Chupáčová
foto SITA, archív
Celý článok si prečítate v aprílovom čísle GOLDMAN (2016)