محققان نه تنها از «چه چیزی بودن» و «کجا بودن» یک خاطره بلکه از «چه هنگام بودن» آن نیز رمزگشایی می‌کنند.
مغز ما از کجا می‌داند که «این» به دنبال «آن» آمده است؟ دو نفر همدیگر را ملاقات می‌کنند، عاشق هم می‌شوند و با خوشحالی زندگی می‌کنند – یا گاهی اوقات نه. توالی وقایعی که در سر ما اتفاق می‌افتد – با اتفاقاتی که یکی پس از دیگری می‌آیند – ممکن است ارتباطی با سلول‌های به اصطلاح زمانی داشته باشد که اخیراً در هیپوکامپ انسان کشف شده‌اند. این تحقیق شواهدی را ارائه می‌کند که نشان می‌دهد چگونه مغز ما شروع و پایان خاطرات را با وجود فاصله زمانی در بین آنها می‌داند. با ادامه این مطالعات، کار می‌تواند به راهبردهایی برای بازسازی یا تقویت حافظه منجر شود.
این تحقیق بر روی «حافظه اپیزودیک (رویدادی)» تمرکز کرده است، یعنی توانایی به خاطر سپردن «چه، کجا و چه زمانی» از یک تجربه گذشته، مانند یادآوری کارهایی که امروز هنگام بیدار شدن انجام دادید. این بخشی از یک تلاش مداوم برای شناسایی این است که چگونه مغز چنین خاطراتی را ایجاد می‌کند.
تیمی به سرپرستی لیلا رِدی، محقق علوم اعصاب در مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه، به دنبال این بودند که بفهمند نورون‌های انسانی در هیپوکامپ چگونه اطلاعات زمانی را در طی یک سری مراحل یادگیری برای ابهام‌زدایی از عملکرد سلول‌های زمانی در مغز بازنمایی می‌کنند. در مطالعه‌ای که تابستان امسال در مجله علوم اعصاب منتشر شد، رِدی و همکارانش دریافتند که برای سازماندهی لحظات متمایز یک تجربه، سلول‌های زمانی انسان در لحظات متوالی در طول هر تکلیف شلیک می‌کنند.
این مطالعه بیشتر تأیید کرد که سلول‌های زمانی در هیپوکامپ که مرکز کلیدی پردازش حافظه است، قرار دارند. این سلول ها با آشکار شدن رویدادها روشن می‌شوند و رکوردی از جریان زمان را در یک تجربه ارائه می‌دهند. رِدی می‌گوید: «این نورون ها می‌توانند نقش مهمی در نحوه نمایش خاطرات در مغز داشته باشند. درک مکانیسم های رمزگذاری زمان و حافظه یک حوزه مهم تحقیقاتی خواهد بود».
متیو سلف، یکی از نویسندگان این مطالعه و محقق ارشد در بخش بینایی و شناخت در موسسه علوم اعصاب هلند، بر اهمیت نقش این سلول های زمانی هیپوکامپ در رمزگذاری تجربیات در حافظه تأکید می‌کند. او می‌گوید: «وقتی خاطره‌ای را به یاد می‌آوریم، نه تنها آنچه را که برایمان اتفاق افتاده می‌توانیم به یاد بیاوریم، بلکه می‌توانیم به یاد بیاوریم که کجا بودیم و چه زمانی آن خاطره برایمان اتفاق افتاده است». «ما فکر می‌کنیم که سلول های زمانی ممکن است مبنای اساسی برای رمزگذاری زمانی باشد که اتفاقی افتاده باشد.»
در حالی که محققان از وجود سلول های زمانی در مغز جوندگان برای دهه ها اطلاع داشتند، اما اولین بار در اواخر سال گذشته این سلول ها توسط محققان مرکز پزشکی جنوب غربی دانشگاه تگزاس و همکارانشان در مغز انسان شناسایی شدند. برای درک بهتر این سلول‌ها، رِدی و گروهش فعالیت هیپوکامپ بیماران مبتلا به صرع را که الکترودهایی در مغزشان کاشته شده بود، بررسی کردند تا درمان احتمالی بیماری‌شان را ارزیابی کنند. آزمودنی‌ها موافقت کردند که در دو آزمایش مختلف بعد از جراحی شرکت کنند.
سلف می‌گوید: «در طی جراحی، الکترودها از طریق سوراخ‌های کوچک حدود دو میلی‌متری در جمجمه وارد می‌شوند. این سوراخ‌ها تا زمان بهبودی بیماران پس از جراحی کاملا محافظت می‌شوند و تا دو هفته با الکترودها در واحد نظارت بر صرع تحت نظارت قرار می‌گیرند. ما فعالیت عصبی هیپوکامپ را در زمانی که بیماران در حال انجام تکالیف در واحد نظارت بر صرع برای مدت حدود یک هفته پس از جراحی هستند، ثبت می‌کنیم».
در آزمایش اول، به شرکت کنندگان در مطالعه، توالی پنج تا هفت عکس از افراد یا صحنه های مختلف از پیش تعیین شده، به ترتیب ارائه شد که چندین بار تکرار شد. یک تصویر مشخص، مثلاً از یک گل، به مدت 5/1 ثانیه نشان داده شد، پس از آن یک مکث نیم ثانیه ای و سپس یک تصویر دیگر – برای مثال یک سگ. در 20 درصد از فواصل تصویری تصادفی در طول جلسات، سری تصاویر متوقف شد و شرکت‌کنندگان باید قبل از ادامه تصمیم می‌گرفتند که کدام یک از دو تصویر صحیح بعدی است. محققان دریافتند که در طی 60 تکرار از کل دنباله، تمام نورون های حساس به زمان در فواصل زمانی بین آزمون ها، بدون توجه به اینکه کدام تصویر نشان داده می‌شود، شلیک می‌کنند.
آزمایش دوم از همان طرح پیروی کرد، با این تفاوت که پس از اینکه دنباله برای تعداد ثابتی بارها تکرار شد، یک صفحه سیاه به مدت 10 ثانیه نشان داده شد – یک فاصله زمانی که قرار بود به عنوان عامل حواس پرتی عمل کند. برای نیمی از شرکت کنندگان، این فواصل پس از هر پنج تکرار دنباله اتفاق افتاد (که منجر به شش فاصله در آزمایش شد). برای بقیه شرکت‌کنندگان، پس از هر دو تکرار دنباله (که منجر به 15 فاصله می‌شود) رخ داد. این توالی فقط 30 بار تکرار شد.
از شرکت کنندگان در آزمایش دوم در مورد ترتیب تصاویر در توالی سوال پرسیده شد، در حالی که فعالیت الکتریکی سلول های جداگانه در مغز آنها ثبت شد. برخی از نورون ها در یک لحظه شلیک می‌کنند که مربوط به یک تصویر خاص است. دیگر نورون ها این کار را در لحظه ای دیگر برای تصویری متفاوت انجام دادند. سلول‌های زمانی مربوط به یک تصویر خاص همچنان در فاصله‌های 10 ثانیه‌ای که در آن هیچ تصویری نشان داده نمی‌شود، روشن می‌شوند. به نظر می‌رسد که این فاصله ها به افراد کمک می‌کند تا تصاویر بیشتر و ترتیب صحیح آنها را به خاطر بسپارند. در طول دوره های فاصله ها، حدود 27 درصد از زمان سلول ها فعال شدند.
برای پاسخ به این سوال که آیا اطلاعات زمانی در فعالیت نورون‌های هیپوکامپ وجود دارد یا خیر، محققان زیر مجموعه‌ای از نورون‌های سلول زمانی را تحریک کردند که در پاسخ به یک تصویر فعال شدند. فعالیت شلیک هر نورون به عنوان تابعی از زمان، هویت تصویر و اینکه آیا دوره زمانی با یک تصویر مطابقت دارد یا دوره‌های فاصله بین محرک- فاصله‌های 5/0 ثانیه‌ای بین تصاویر- مدل‌سازی شد.
محققان می‌توانند لحظات مختلف زمان را بر اساس فعالیت کل گروه نورون‌ها رمزگشایی کنند. درواقع شواهدی که نشان می‌دهد مغز انسان دارای نورون‌های ردیابی زمان است. سلف می‌گوید: «ما فکر می‌کنیم که جمعیت سلول‌های زمانی در هیپوکامپ بازنمایی کننده چندین مقیاس زمانی متفاوت و همپوشانی است. فعالیت این سلول‌ها در طول دوره آزمایشی وجود دارد و یک مهر زمانی برای یک رویداد ارائه می‌کند». او توضیح می‌دهد که با این حال، این واقعیت که این سلول‌ها محتوای حافظه ما را نیز نشان می‌دهند («چه» و هم «چه هنگام») همه چیز را پیچیده‌تر می‌کند. سلف می‌گوید: «ما به طور کامل درک نمی‌کنیم که حافظه چگونه رمزگذاری می‌شود، اما به نظر می‌رسد الگوی فعالیت در هیپوکامپ به طور همزمان، هم محتوای تجربه و هم زمان را در اختیار ما قرار می‌دهد».
سلف اضافه می‌کند که این اطلاعات ممکن است با سیگنال هایی ترکیب شود که زمینه تجربه را نشان می‌دهد، اما تحقیقات بیشتری برای درک این مکانیسم مورد نیاز است. او می‌گوید: «رمزگردانی اینکه دوست خود را در ابتدای یک رویداد دیدید بدون اینکه زمینه را نیز رمزگردانی کنید فایده‌ای ندارد». «هدف تحقیقات آینده ما درک چگونگی ترکیب اطلاعات زمانی با اطلاعات زمینه ای برای ارائه ساختار زمانی به خاطرات است».
به نظر می‌رسد نتایج مشابه مطالعات قبلی روی موش‌ها است که نشان می‌دهد سلول‌های زمانی همان سلول‌های مفهومی هستند که به بازنمایی‌های متفاوتی از یک محرک پاسخ می‌دهند – که این سلول‌ها هم مفهوم و هم زمان را رمزگذاری می‌کنند. سلف می‌گوید: «سلول‌های زمانی در هیپوکامپ موش‌ها نیز سلول‌های مکانی هستند که وقتی موش در یک مکان خاص قرار می‌گیرد، پاسخ می‌دهند. به نظر می‌رسد که سلول های هیپوکامپ چند بعدی هستند و می‌توانند جنبه های مختلف تجربیات ما را در الگوهای شلیک خود رمزگذاری کنند».
استیفن لوتگِب، رئیس بخش نوروبیولوژی در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، اظهار داشت: «این مقاله به یک سوال کلیدی در مورد سلول های زمان انسان پاسخ می‌دهد. مطالعه فعلی چند سهم مهم دارد. اول، تأیید بیشتری را ارائه می‌دهد که سلول های زمانی نه تنها در هیپوکامپ جوندگان رایج هستند، بلکه می‌توان آنها را در نسبت های بالایی در هیپوکامپ انسان نیز مشاهده کرد. در واقع، نسبت سلول‌های زمانی که در مطالعه حاضر در انسان شناسایی شد، در مقایسه با مطالعه قبلی بیشتر است».
این یافته ها ممکن است توضیح دهد که چرا برخی از افراد با آسیب به هیپوکامپ خود می‌توانند وقایع را به خاطر بسپارند اما در قرار دادن آنها در ترتیب صحیح مشکل دارند. در واقع این مشکلی است برای بیماران مبتلا به آلزایمر و سایر بیماری های عصبی. یورگن شوگِر، دانشیار فیزیولوژی در دانشگاه اُسلو، می‌گوید: «امید است که درک روشنی از مشارکت سلولی در عملکردهای حافظه، ما را به درک اینکه چرا عملکردهای حافظه در برخی بیماری‌ها از بین می‌روند و چگونه می‌توان این بیماری‌ها را درمان کرد، نزدیک‌تر کند.»
محققان در این زمینه مشتاقانه منتظر ادامه کار هستند. بردلی لگا، استادیار جراحی مغز و اعصاب در ساوت وسترن، نویسنده ارشد مطالعه ای بود که اولین بار در سال گذشته حضور سلول های زمانی را در مغز انسان ثبت کرد. او می‌گوید: «گام بعدی توسعه روش های غیر تهاجمی یا تهاجمی برای تعدیل فعالیت سلول های زمانی و مدارهای سلول زمانی است. این امر ممکن است یک راهبرد تعدیل عصبی برای بازسازی یا تقویت حافظه ارائه دهد. همچنین می‌توان فعالیت سلول‌های زمانی را کنترل کرد تا مشخص شود که چه اتفاقی می‌افتد، زیرا تکانه‌های الکتریکی در طول چنین روشی اعمال می‌شوند.»
برخی از دانشمندان فکر می‌کنند این کار می‌تواند یک روزی به توسعه «پروتزهای حافظه» کمک کند – تکنیکی که به رایانه اجازه می‌دهد تا با الکترودهای قرار داده شده در مغز، خاطرات را وارد یا حذف کند. چنین اقدامی مسائل اخلاقی را در مورد دستکاری خاطرات ایجاد می‌کند و احتمالاً به تحقق نزدیک نیست.
این فناوری بالقوه می‌تواند برای درمان اختلال استرس پس از سانحه یا آلزایمر نیز مورد استفاده قرار گیرد. یورگن می‌گوید: «توسعه چنین دستگاه‌هایی که بتوان حافظه‌ها را حذف یا درج کرد می‌تواند وسوسه‌انگیز باشد، اما نمی‌دانم چگونه می‌توان این دستگاه‌ها را برای جلوگیری از سوء استفاده (درج حافظه‌های نادرست یا حذف خاطرات مهم) تنظیم کرد. من فکر می‌کنم یک راهبرد معقول تر این است که تلاش هایمان را روی درمان های پیشگیرانه اختلالات حافظه متمرکز کنیم».
