Colegiul şi toceala - de multe ori, acolo unde există unul, celălalt va veni imediat în urma sa. Acestea fiind spuse, se ştie încă de la sfârşitul anului 1800 că expunerea repetată periodică a unui material duce la memorarea mai temeinică a acestuia.
Memorarea este mai bună decât atunci când expunerea aceluiaşi material are loc pe parcursul unei singure sesiuni prelungite. Cu toate acestea, procesul fenomenului neurobiologic este încă puţin înţeles, deşi se consideră că activitatea dependentă de plasticitatea sinaptică - în special potenţarea pe termen lung (LTP) a transmisiei glutamatergice - permite stocarea rapidă a informaţiilor noi. Recent, cercetătorii de la Universitatea din California, Irvine şi Scripps Research Institute din Jupiter, Florida, au stabilit că activitatea hipocampusului poate spori LTP prin stimularea descărcării undelor teta (SDT) - dar numai atunci când sinapsele afectate primesc după o întârziere prelungită un stimul teta suplimentar. Cercetătorii descriu mecanisme prin care intensitatea modificărilor sinaptice ce codifică optim amintirile noi creşte la maxim necesitând prelungirea cu mult a activităţii mentale teta corespunzătoare memorării.
Un al doilea şir de descărcări de unde teta extinde cercetările care privesc miezul îmbogăţit cu F actină.
(A) Marcarea fluorescentă a faloDIinei din stratul hipocampic CA1 iradiat. (dimensiune = 10 microni).
(B) Numărul de creste dense pozitive la falodiină în "felii" prelevate la interval de 15 sau 75 de minute după SDT1 (coloanele gri) sau recoltate la interval de 15 minute, la distanţă de 60 de minute după SDT2 (coloana neagră).
(C) Semnele sunt consecinţa a două descărcări succesive separate de 200 ms (roşu pentru cel de-al doilea răspuns).
(D) Numărul de SDT1 a determinat marcarea falodiinei pentru vehicul (cu gri) şi mostrele tratate cu CX614 (cu albastru). (E) Pretratarea cu CX614 (linia albastră), a determinat o creştere cu 70% a dimensiunii LTP determinată de SDT1. Aceasta a fost însoţită de o pierdere a SDT2 determinată de accentuare.
Gavin Rumbaugh (Scripps Research Institute) a vorbit despre problemele pe care el, Gary Lynch (University of California) şi echipa sa le-au întâlnit pe parcursul studiului. "Acest domeniu de cercetare încearcă să înţeleagă neurobiologia amintirilor noi şi în special, modul în care informaţia induce o biologie şi mai complexă pentru a păstra informaţiile noi în cadrul circuitelor noastre neuronale" a declarat Rumbaugh pentru Medical Xpress. "De-a lungul ultimei decade a devenit clar faptul că plasticitatea sinapselor individuale este o modalitate prin care circuitele neuronale stochează informaţii. Cu toate acestea, rămâne neclar modul în care proprietăţile sinapselor influenţează aspectele cheie ale procesului de învăţare şi memorare".
Studiul echipei are ca obiectiv umplerea acestei lacune de cunoştinţe: ei au emis ipoteza că sinapsele individuale au proprietăţi care afectează abilitatea unei reţele neuronale de a codifica şi stoca informaţii noi şi că aceste proprietăţi ar fi relevante pentru ceea ce cunoaştem deja legat de modul în care oamenii învaţă cel mai bine.
Un astfel de exemplu este învăţarea gradată versus învăţarea comasată. "Este cert pentru oricine a fost la şcoală că repetarea informaţiilor şi noţiunilor duce la reţinerea mai bună a acestora", ilustrează Rumbaugh. "Acest lucru este valabil mai ales în cazul în care repetarea are loc zilnic – ceea ce este de fapt pregătirea periodică. În schimb, aceeaşi perioadă petrecută cu aceeaşi informaţie în cadrul unei ședințe de toceală sau pregătire comasată, conduce la o învăţare şi memorare insuficientă comparativ cu pregătirea periodică. "Acesta este motivul pentru care sistemele şcolare sunt gândite de aşa manieră încât să permită predarea mai multor discipline în paralel, existând o distanţă de cel puţin o zi între cursuri, în loc să se predea fiecare materie într-un mod concentrat, liniar - de exemplu, timp de 20 de zile să se predea fizica, apoi să urmeze o perioadă de 20 de zile de analiză matematică şi aşa mai departe.
"Studiul nostru actual demonstrează că sincronizarea informaţiei care ajunge într-un circuit de memorie - în mod special, hipocampusul CA1 - este esenţială pentru codificarea optimă a informaţiilor noi", continuă el. "Când modele similare de informaţii sunt separate de cel puţin o oră – intervalul unui curs obişnuit – avem de-a face cu o înțelegere mult mai amplă a acestei informaţii. Realizarea acestei descoperiri s-a realizat cu dificultate mai ales datorită legăturilor dintre proprietăţile electrice ale circuitului care sunt determinate prin înregistrări fiziologice şi a proprietăţilor fizice, morfologice şi anatomice ale circuitului care se obţin prin imagini de înaltă rezoluţie a sinapselor înainte şi după stimulare."
Această capacitate de a combina structura şi funcţia circuitului a permis cercetătorilor să înţeleagă care sinapse au fost întârziate de fiecare rundă de stimulări similare şi apoi să evalueze modul în care momentul stimulării a afectat ambele aspecte ale stocării informaţiei. "Concret, am reuşit să inducem stocarea informaţiei - LTP1 - prin stimularea electrică şi apoi să denumim specific sinapsele din cadrul circuitului care codifică transmisia consolidată ce decurge din etapa iniţială de stimulare, explică Rumbaugh. Când am reactivat circuitul, după o perioadă de aşteptare de cel puţin o oră, am crescut foarte mult gradul de stocare a informaţiilor în circuit - LTP2 - aşa cum a fost măsurat în cadrul înregistrările noastre electrice "Folosind metodele imagistice menţionate mai sus, echipa de atunci a constatat că LTP2 a produs modificări la nivelul sinapselor aflate în vecinătatea sinapselor care au stocat iniţial LTP1.
"Această învălmăşeală de informaţii provenită de la nivelul sinapselor vecine a fost neaşteptată", notează Rumbaugh. "Pentru a înţelege mai bine modul în care această informaţie s-ar putea grupa într-un neuron, am exploatat o tehnologie nouă prin intermediul căreia putem induce înmagazinarea informaţiei la o sinapsă unică aleasă de noi prin stimularea sinapselor cu un laser asemănător cu cel IR special conceput şi apoi prin urmărirea propriu-zisă a dezvoltării fizice propriu zise a sinapsei cu ajutorul imagisticii multifotonice care ignoră perioada la nivelul unei probe de creier vital. În timp ce este deja cunoscut faptul că acest progres al sinapselor este cheia procesului de învăţare, am constatat că în hipocampusul rozătoarelor adulte, cele mai multe sinapse sunt refractare la depozitarea informaţiilor - dar exista o probabilitate mult mai mare ca sinapsele învecinate cu o sinapsă deja potenţată să participe la codarea unui al doilea şir de stimulare a modelelor similare. "
Prin urmare au motivat ei, o caracteristică cheie a procesului de învăţare, de instruire periodică pare a fi un rezultatul unor proprietăţi care există la nivelul sinapselor individuale - astfel încât proprietăţile sinapselor pot afecta modul în care reţelele codifică şi stochează informaţia. "Aceasta constatare are implicaţii reale la persoanele care învăţă cu dificultate", subliniază Rumbaugh", deoarece aceste caracteristici aduc un beneficiu suprem pentru înţelegerea modului în care apar problemele de învăţare - în special în cazul tulburărilor neurologice cum ar fi la persoanele cu dizabilitate intelectual (DI), patologie anterior cunoscută sub numele de retard mental. Noi am realizat de-a lungul ultimilor câţiva ani că o caracteristică comună a DI este disfuncţia plasticităţii sinaptice situaţie în care baza neuronală a codificării informaţiei este întreruptă". Acum că echipa a constatat că sinapsele individuale reglementează eficacitatea procesului de învăţare la nivel de reţea, cercetătorii sunt încrezători că pot emite ipoteza că DI apare în urma unei perturbări încă necunoscute a procesele sinaptice care guvernează învăţarea gradată.
"De fapt, laboratorul meu lucrează la un model nou al DI pe rozătoare şi vom aplica cu siguranţă aceste principii la acest model. De exemplu vom testa cu siguranţă ideea conform căreia momentul stimulării repetate la modelul nostru cu DI este anormală. Odată ce am înţeles modul în care regulile diferă în cadrul acestui model al DI, putem determina apoi două lucruri. În primul rând, dacă există o sincronizare diferită, care duce la stocarea optimă de informaţii - şi dacă da, persoanele implicate în procesul educaţional ar putea fi informate cu privire la acest aspect. În al doilea rând şi poate mai important, am putea începe să înţelegem la nivel molecular modul în care sunt afectate regulile sincronizării - adică ceea ce este greşit la nivel molecular, la nivelul sinapselor, împiedicându-le să codeze informaţii distanţate. Odată ce vor fi înţelese aceste evenimente deficitare molecular, vom fi pe cale de a rezolva tulburările moleculare prin intervenţii farmacologice".
Spus într-un alt mod, acestea ar viza corectarea acestui proces molecular presupus afectat, folosind un compus chimic medicamentos care ar fi capabil să restabilească regulile normale de timp a plasticităţii distanţate prin realizarea unei reţele. Dacă va avea succes, scopul final ar fi de a testa ideea că pacienţii cu dizabilităţi de învăţare vor avea rezultate mai bune după utilizarea acestui compus ipotetic.
Ar putea fi posibilă trecerea la modelarea prin simulare pe calculator? "Da, absolut", afirmă Rumbaugh. "Modelatorii au nevoie de reguli de bază pentru a configura o simulare. Cu aceste reguli, ei pot testa apoi un număr de variabile care ar putea influenţa un sistem în mod interesant. Orice model de reţele neuronale de învăţare ar trebui să respecte o regulă conform căreia să fie puţin probabil ca fiecare unitate individuală de stocare - sinapsă - să stocheze informaţii, după o stimulare iniţială. Aceasta ar trebui să respecte, de asemenea, o regulă - că o stimulare similară a circuitului ar trebui să conducă la stocarea eficientă a informaţiilor de către sinapse vecine locaţiei originale de stocare doar în cazul în care stimulările sunt separate de o perioadă de timp corespunzătoare. "
Traducere după neurobiology-superiority-spaced-massed, cu acordul editorului.
Traducător: Ecaterina Pavel
