Naukowcy badają aktywność elektryczną mózgu w procesach pamięci

Naukowcy badają aktywność elektryczną mózgu w procesach pamięci

Pamięć jest fenomenem godnym uwagi z co najmniej dwóch względów. Okazuje się, po pierwsze, że pamięć występuje u zwierząt powszechnie i była odkrywana już u zwierząt najniższego rzędu (np.: u wypławka białego). Po drugie, pamięć jest dla rozwoju gatunków, a w szczególności człowieka, niezbędna. To dzięki niej możliwe jest uczenie się, czyli pozostawianie trwałych śladów w układzie nerwowym[1]. Badania nad pamięcią prowadzi się od bardzo dawna. To, że wiemy iż wypławki potrafią się uczyć zawdzięczamy odkryciom już z początku XX wieku[2]. Rozwojowi wiedzy na temat mózgu towarzyszy konstruowanie subtelnych teorii na temat struktur neurobiologicznych pamięci, w czym swoje zasługi z pewnością ma wielu ludzi, którzy pamięć w ten czy inny sposób postradali. Niemały w tym udział miał również rozwój narzędzi badawczych w postaci choćby elektroencefalografu (EEG) umożliwiającego badanie aktywności elektrycznej mózgu poprzez umieszczane elektrod na głowie badanej osoby. Dzięki EEG badacze mogą wyróżnić jakiego rodzaju impulsy elektryczne emituje mózg. Są to fale mózgowe. Wyróżnia się 5 ich rodzajów: gamma (30-70 Hz), beta (13-25 Hz), alfa (8-12 Hz), theta (4-7 Hz) oraz delta (1-3 Hz)[3]. Istnieją dowody, że fale alfa oraz theta towarzyszą realizacji funkcji pamięci[4]. Rytm fal theta miałby wiązać się z kodowaniem nowych informacji w układzie nerwowym, zaś fal alfa z przypominaniem. Naukowcy z Uniwersytetu w Albercie na łamach Journal of Cognitive Science dostarczają nowych informacji na temat ról fal alfa i theta w działaniu pamięci[5].   

Badania nad rolą aktywności elektrycznej mózgu w funkcjach pamięci człowieka rozwijają się bardzo intensywnie osiągając naprawdę głęboki poziom szczegółowości. Należy pamiętać, że mózg ludzki to nieustannie pracująca maszyneria. Praca neurobiologów polega niekiedy na wyszukiwaniu pojedynczych impulsów elektrycznych na tle działającej na pełnych obrotach elektrowni! Dlatego też nasza wiedza na temat roli fal mózgowych jest wciąż ograniczona, a wyniki eksperymentów niekiedy niezgodne[6]. Świadomi tego naukowcy - Yvonne Chen oraz Jeremy Caplan, podjęli się zadania przetestowania trzech hipotez co do funkcji fal alfa i theta. Po pierwsze, zbadali w jakiej relacji stoją wobec siebie te rodzaje fal. Zgodnie bowiem z założeniem, że rytm alfa wiąże się z wydobywaniem informacji z pamięci, zaś theta z ich kodowaniem, możliwe jest, że się wzajemnie wykluczają. Po drugie, w literaturze przedmiotu nie ma zgodności co do tego, czy dobra pamięć wiąże się z większą aktywnością fal alfa czy fal theta. Chen i Caplan zbadali obecność drgań tych fal w procesach zapamiętywania i wydobywania informacji. Po trzecie, nie jest jasne jaką rolę spełniają fale alfa i theta w ramach realizacji funkcji specyficznych dla pamięci deklaratywnej, takich jak rozpoznawanie zdarzeń czy przedmiotów. Funkcjom tym powinny towarzyszyć procesy stopniowego wydobywania detali wcześniej napotkanego zdarzenia czy przedmiotu albo intuicyjnego wrażenia, że „gdzieś się to już widziało” bez odtwarzania informacji ważnych dla kontekstu[7]. Naukowcy założyli, że fale theta będą powiązane z potencjałami wywołanymi obserwowanymi przy tych procesach.

Badacze w celu sprawdzenia wszystkich trzech hipotez zaprojektowali eksperyment, do którego zaangażowano 86 studentów psychologii Uniwersytetu w Albercie[8]. Uczestnicy w fazie nauki mieli za zadanie zapoznać się z 25 wyświetlanymi na ekranie komputera słowami. Następnie w celu zmniejszenia efektu świeżości (ang. recency effect) wyświetlono 5 zadań rozpraszających (ang. distractor). Polegały one na dokonywaniu prostych obliczeń arytmetycznych między liczbami z przedziału 1-9. Na końcu następowała faza testu, w której uczestnicy spośród 50 wyświetlanych słów mieli z każdym wyrazem wskazywać czy pojawiło się ono w fazie nauki, czy pojawia się po raz pierwszy. Sekwencję nauka-zadanie rozpraszające-test przeprowadzano 9 razy. W trakcie wykonywania zadań, uczestnicy byli badani za pomocą EEG we wszystkich fazach eksperymentu.

Zebrane z elektrod EEG dane dostarczyły nowych informacji na temat aktywności fal mózgowych w procesach pamięciowych. Zgodnie z pierwszym założeniem postawionym przed eksperymentem, wzrost intensywności fal theta powinna wiązać się ze obniżeniem intensywności fala alfa u tego samego badanego. Uzyskane dane jednak nie wskazały żadnej korelacji między tymi dwoma rodzajami fal zarówno w fazie nauki, jak i testu. Może to wskazywać, że rytmy te są od siebie niezależne.

W trakcie fazy nauki badacze zaobserwowali korelację fal theta z procesami zapamiętywania słów. Wbrew jednak oczekiwaniom nie zauważono jej w fazie testu. Podobnie, wbrew przewidywaniom, nie wykazano negatywnej korelacji fal alfa z operacjami pamięci w fazach nauki i testu.

Opierając się na innych badaniach, Chen i Caplan przewidywali, że rytm theta będzie odgrywał istotną rolę w procesach pamięci deklaratywnej. Idąc tym tropem, faza testu powinna zapewnić informacje o korelacji fal theta z komponentami potencjałów wywołanych zaobserwowanych w funkcjonowaniu pamięci deklaratywnej. Zaskoczeniem dla naukowców był jej brak przy jednoczesnym współwystępowaniu potencjałów z falami alfa.  Obecność rytmu alfa sugeruje, że u uczestników badania dochodziło do przetwarzania bodźców na bardzo głębokim poziomie.

Konkluzją naukowców z Uniwersytetu w Albercie jest przekonanie, że fale alfa i theta biorą istotny udział w procesach pamięci, ale w inny sposób niż się przypuszczało. Przeprowadzony przez nich eksperyment dostarcza pewnych informacji o funkcji fal w takich aktach, jak zapamiętywanie, przypominanie czy rozpoznawanie. Pamięć jednak jest strukturą skomplikowaną, dlatego też potrzebne są kolejne nad nią badania.


[1] Vetulani J., Mózg: fascynacje, problemy, tajemnice, Wydawnictwo Benedyktynów TYNIEC, Kraków 2014, s. 186-187.

[2] Ibidem, s. 184.

[3] Marczak Z, Stacewicz D., Wieczorek Z., Stymulacja fal mózgowych a uczenie się na przykładzie programu BrainWave Generator [w:] Pedagogika 2005, t. 14, s. 277.

[4] Patrz: Klimesch W., EEG alpha and theta oscillations reflect cognitive and memory performance: a review and analysis [w:] Brain Research Review 1999, vol. 29, s. 169-195.

[5] Chen Y. Y., Caplan B. J., Rhythmic Activity and Individual Variability in Recognition Memory: Theta Oscillations  Correlate with Performance whereas Alpha Oscillations Correlate with ERPs [w:] Journal of Cognitive Neuroscience 2017, vol. 29, nr 1, s. 183-202. 

[6] Patrz: Long M. N., Burke F.J., Kahan J. M., Subsequent memory effect in incranial and scalp EEG [w:] Neuroimage 2014, vol. 84, s. 488-494.

[7] Wixted T. J., Dual-Process Theory and Signal-Detection Theory of Recognition Memory [w:] Psychological Review 2007, vol. 114, nr 1, s. 152.  

[8] Należy zaznaczyć, że dane uzyskane od 20 uczestników zostały wykluczone z analiz ostatecznych wyników.

W końcu chronobiologia została doceniona w ten najbardziej prestiżowy sposób – nagrodą Nobla w dziedzinie medycyny i fizjolog... czytaj więcej
Jesień to idealna pora na docenienie naszego nosa. Nie tylko jego funkcji związanej z ogrzewaniem wdychanego powietrza podcza... czytaj więcej
Wpływ ćwiczeń aerobowych na jakość połączeń neuronalnych w korze czołowej i ciemieniowej oraz ich związek z obserwowanym pozi... czytaj więcej
Większość matek traktuje zajmowanie się swoim dzieckiem jako niezwykłe doświadczenie dające poczucie satysfakcji i spełnienia... czytaj więcej