خاطرات با هر بار یادآوری، دوباره ساخته می‌شوند

اگر از ما بخواهند اتفاقی را که چند سال پیش برایمان رخ داده تعریف کنیم، احتمالاً بخش‌هایی از آن را با جزئیات به یاد می‌آوریم و بخش‌هایی دیگر کاملاً از ذهنمان پاک شده است. ممکن است چهره یک فرد، صدای یک مکان، یک گفت‌وگوی کوتاه یا حتی احساسی که در یک لحظه داشته‌ایم، سال‌ها در ذهن باقی بماند، در حالی که بسیاری از اتفاقات همان روز را دیگر به خاطر نمی‌آوریم. این تفاوت میان تجربه‌هایی که در ذهن می‌مانند و اتفاق‌هایی که به‌تدریج محو می‌شوند، یکی از ویژگی‌های جالب و البته پیچیده حافظه انسان است.

آناتک در گفت‌وگو با پروفسور «گیورگی بوژاکی» (Prof. György Buzsáki)، دانشمند و استاد علوم اعصاب هرمان ام. بیگز در «دانشکده پزشکی گراسمن دانشگاه نیویورک» (NYU Grossman School of Medicine)، برنده «جایزه مغز» (The Brain Prize)، عضو انجمن «پیشرفت علم آمریکا» (AAAS) و برنده «جایزه بین‌المللی دنیس گابور» (International Dennis Gabor Award) به بررسی سازوکارهای حافظه و نحوه شکل‌گیری و ماندگاری خاطرات در مغز پرداخته است.

پروفسور گیورگی بوژاکی - Professor György Buzsáki

ما هر روز هزاران رویداد را تجربه می‌کنیم، اما تنها برخی از آنها به خاطره تبدیل می‌شوند. مغز چگونه تصمیم می‌گیرد کدام اطلاعات باید حفظ شوند؟

گیورگی بوژاکی: چالش اصلی در پژوهش درباره حافظه صرفاً این نیست که تجربه‌ها چگونه رمزگذاری می‌شوند، بلکه این است که مغز چگونه انتخاب می‌کند چه چیز‌هایی ارزش حفظ کردن دارند

در واقع، ما با حجم بسیار بیشتری از اطلاعات مواجه می‌شویم؛ اطلاعاتی که مغز اساساً نمی‌تواند یا نیازی ندارد همه آنها را با جزئیات و برای مدت طولانی ذخیره کند. بنابراین، چالش اصلی در پژوهش درباره حافظه صرفاً این نیست که تجربه‌ها چگونه رمزگذاری می‌شوند، بلکه این است که مغز چگونه انتخاب می‌کند چه چیز‌هایی ارزش حفظ کردن دارند.

شواهد فراوان روان‌شناختی و رفتاری نشان می‌دهند که شکل‌گیری حافظه فرایندی بسیار انتخابی است و عوامل متعددی که با یکدیگر تعامل دارند، بر آن تأثیر می‌گذارند. احتمال اینکه اطلاعاتی در حافظه باقی بماند زمانی بیشتر است که آن اطلاعات از نظر رفتاری مرتبط، از نظر عاطفی برجسته، غیرمنتظره، پاداش‌دهنده یا به‌طور مکرر فعال‌سازی مجدد شده باشد.

توجه، حالت درونی، دانش و تجربه‌های قبلی و همچنین میزان مفید بودن اطلاعات در آینده، همگی بر این موضوع تأثیر می‌گذارند که آیا یک تجربه در حافظه تثبیت خواهد شد یا خیر. با این حال، حتی اگر تمام این عوامل ثابت نگه داشته شوند، باز هم هر چیزی که بر حواس ما تأثیر می‌گذارد، در حافظه باقی نمی‌ماند. بنابراین، مغز ما به‌نوعی اطلاعاتی را که ارزش به خاطر سپردن دارند در اولویت قرار می‌دهد. بر اساس این دیدگاه، مغز صرفاً جهان را به‌صورت منفعلانه ثبت نمی‌کند؛ بلکه به‌طور فعال تجربه‌ها را فیلتر می‌کند و اطلاعاتی را در اولویت قرار می‌دهد که برای بقا، پیش‌بینی و رفتار سازگارانه اهمیت دارند.

مغز چگونه تصمیم می‌گیرد کدام تجربه‌ها ارزش به خاطر سپردن دارند؟

این موضوع یک پرسش بنیادی را در علوم اعصاب مطرح می‌کند و دقیقاً همان پرسشی است که ما در پژوهش اخیر خود با عنوان «انتخاب تجربه برای حافظه توسط امواج تیز هیپوکامپ» (Selection of experience for memory by hippocampal sharp wave ripples) بررسی کردیم. 

یافته‌های ما نشان می‌دهند که وقتی عوامل بیرونیِ قوی، مثل تفاوت در میزان انگیزه یا مقدار پاداش، وجود نداشته باشند، اینکه کدام تجربه در حافظه باقی بماند ممکن است به لحظات بسیار کوتاهی از پردازش درونی در «هیپوکامپ» (Hippocampus) هنگام بیداری بستگی داشته باشد. به‌طور مشخص، «امواج تیز همراه با ریپل» (Sharp-wave ripples) که در حالت بیداری در هیپوکامپ ایجاد می‌شوند، به‌ویژه در حوالی لحظاتی که فرد پاداش دریافت می‌کند، ممکن است تجربه‌های خاصی را برای تثبیت در حافظه علامت‌گذاری کنند؛ یعنی مشخص کنند کدام تجربه‌ها قرار است در مراحل بعدی بیشتر پردازش شوند و در حافظه باقی بمانند.

«امواج تیز همراه با ریپل» (به اختصار SWRs) رویدادهای بسیار کوتاهی در مغز هستند که طی آن‌ها تعداد زیادی از نورون‌های هیپوکامپ به‌شکل هماهنگ و هم‌زمان فعال می‌شوند. این رویدادها حدود ۱۰۰ میلی‌ثانیه طول می‌کشند. در این مدت کوتاه، گروه‌هایی از نورون‌ها که هنگام بیداری فعال بوده‌اند، دوباره برای مدت کوتاهی فعال می‌شوند؛ یعنی بخشی از فعالیت عصبی مربوط به تجربه‌های اخیر دوباره تکرار می‌شود.

در زمان فعالیت و رفتار عادی، بیشتر فعالیت مغز صرف پردازش اتفاق‌هایی می‌شود که همان لحظه در حال رخ دادن هستند. اما مغز گاهی برای مدت کوتاهی از این حالت فعال خارج می‌شود. این دوره‌ها را می‌توان نوعی حالت سکون یا درجا زدن  در نظر گرفت. در این لحظات، فعالیت سیستم‌های «تعدیل‌کننده عصبی» (Neuromodulatory) کاهش پیدا می‌کند و مغز برای مدت کوتاهی می‌تواند از پردازش محرک‌ها و نیازهای حسی فوری فاصله بگیرد. این دوره‌های کوتاه، فرصتی را برای نوع دیگری از فعالیت مغز فراهم می‌کنند؛ فعالیتی که در آن مغز به جای تمرکز بر اتفاقی که همین الان در حال رخ دادن است، به سمت تجربه‌های اخیر خودش می‌رود و آن‌ها را دوباره فعال می‌کند.

نتایج ما نشان می‌دهند که رویدادهای مرتبط با SWRs ممکن است مانند یک سیستم «علامت‌گذاری فیزیولوژیک» عمل کنند. به این معنا که مغز از طریق این رویدادهای کوتاه، بعضی تجربه‌ها را مشخص می‌کند تا در ادامه بیشتر مورد پردازش قرار بگیرند.

گیورگی بوژاکی: اینکه یک تجربه در نهایت به یک خاطره پایدار تبدیل شود، فقط در همان لحظه‌ای که آن تجربه اتفاق می‌افتد تعیین نمی‌شود

تجربه‌هایی که در جریان این امواج‌های بیداری بیشتر از سایر تجربه‌ها دوباره فعال می‌شوند، در خواب بعدی نیز با احتمال بیشتری «بازپخش»  می‌شوند. در این فرایند، الگوهای مربوط به آن تجربه‌ها دوباره در مغز فعال می‌شوند و این بازپخش می‌تواند هزاران بار تکرار شود. بنابراین، اینکه یک تجربه در نهایت به یک خاطره پایدار تبدیل شود، فقط در همان لحظه‌ای که آن تجربه اتفاق می‌افتد تعیین نمی‌شود. بلکه به این موضوع هم بستگی دارد که مغز، در این دوره‌های کوتاه پردازش درونی، به‌طور ناخودآگاه کدام تجربه‌ها را برای بازبینی و فعال‌سازی دوباره انتخاب می‌کند.

از این نظر، SWRs در زمان بیداری ممکن است مانند پلی بین تجربه و حافظه عمل کنند. این امواج‌‌ها ممکن است به مغز کمک کنند مشخص کند کدام لحظات ارزش ادامه پیدا کردن در فرایند پردازش حافظه را دارند و در نهایت کدام تجربه‌ها به شکل «ردپاهای پایدار» (Lasting traces) در حافظه تثبیت می‌شوند.

مغز چگونه انتخاب می‌کند که چه چیزی را به خاطر بسپارد؟ (?How does the brain select what to remember) -  دکتر گیورگی بوژاکی

درک این سازوکار‌ها نه‌تنها برای علوم اعصاب پایه، بلکه برای علوم بالینی نیز اهمیت اساسی دارد. اختلال در فرایند انتخاب اطلاعات برای حافظه می‌تواند در بروز اختلالاتی نقش داشته باشد که در آنها اطلاعات مهم از دست می‌روند، اطلاعات نامرتبط حفظ می‌شوند، یا تجربه‌های آسیب‌زا و تروماتیک بیش از حد تثبیت می‌شوند. با آشکار شدن سازوکاری که مغز از طریق آن تعیین می‌کند چه چیز‌هایی باید به خاطر سپرده شوند، می‌توانیم درک تازه‌ای از عملکرد طبیعی شناخت و همچنین بیماری‌ها و اختلالات مرتبط با آن به دست آوریم.

وقتی چیزی را به یاد می‌آوریم، آیا مغز فقط یک بازنمایی ذخیره‌شده را بازیابی می‌کند، یا هر بار آن خاطره را دوباره بازسازی می‌کند؟

خاطرات تنها زمانی اهمیت دارند که بتوانیم آنها را دوباره به ذهن بیاوریم و از آنها استفاده کنیم. با این حال، وسوسه‌کننده است که حافظه را چیزی شبیه به یک فیلم در نظر بگیریم: یعنی وقتی یک تجربه در مغز ثبت شد، به‌صورت یک نسخه ثابت و دقیق ذخیره می‌شود و بعد‌ها می‌توان آن را بدون هیچ تغییری دوباره پخش کرد.

این دیدگاه در سال‌های اخیر، به‌ویژه پس از کشف «سلول‌های انگرام» (Engram cells) و دیگر «ردپا‌های زیستی» (Biological traces) مرتبط با حافظه، دوباره مورد توجه قرار گرفته است. چنین برداشتی می‌تواند این تصور را ایجاد کند که خاطرات، اشیایی مستقل و کامل هستند که شاید روزی بتوان آنها را به‌دلخواه ایجاد، پاک، ویرایش یا منتقل کرد. اما حافظه مانند یک فیلم عمل نمی‌کند. یک فیلم هر بار که پخش می‌شود، همان محتوای قبلی را نشان می‌دهد؛ اما یک خاطره این‌طور نیست. هر بار که رویدادی را به یاد می‌آوریم، آن خاطره دوباره وارد «حالت کنونی مغز» (Current state of the brain) می‌شود و با دانش جدید، تجربه‌های بعدی، احساسات و افکار در حال جریان تعامل می‌کند. بنابراین، به یاد آوردن صرفاً پخش دوباره گذشته نیست؛ بلکه فرایندی است که در آن گذشته می‌تواند دوباره شکل بگیرد. 

یک سلول‌ انگرام (به رنگ سبز) - منبع: «یورک آلرت» (Eurek Alert)

از این منظر، حافظه پویاست، نه ثابت. وقتی یک خاطره به یاد آورده می‌شود، این امکان وجود دارد که پیش از آنکه دوباره ذخیره شود، به‌روزرسانی شده و اغلب با تغییراتی جزئی دوباره در حافظه ثبت شود. با گذشت زمان، خاطرات به‌طور مداوم بازبینی و اصلاح می‌شوند؛ گاهی حتی بدون اینکه خودمان آگاه باشیم، مانند اتفاقی که در جریان رویداد‌های بازپخش هنگام خواب رخ می‌دهد.

گیورگی بوژاکی: حافظه مانند یک فیلم عمل نمی‌کند. یک فیلم هر بار که پخش می‌شود، همان محتوای قبلی را نشان می‌دهد؛ اما یک خاطره این‌طور نیست

به همین دلیل، خاطرات ثبت‌های کاملاً دقیق و قابل‌اعتمادی از گذشته نیستند؛ بلکه «بازسازی‌هایی زنده» (Living reconstructions) هستند که هم تحت تأثیر تجربه اولیه شکل می‌گیرند و هم از تمام اتفاقاتی که پس از آن تجربه رخ داده‌اند تأثیر می‌پذیرند.

چرا خواب برای حافظه ضروری است؟ در طول خواب چه فرایند‌هایی در مغز رخ می‌دهند که به سازمان‌دهی و تقویت خاطرات کمک می‌کنند؟

همان‌طور که اشاره شد، شکل‌گیری حافظه به توانایی مغز برای جابه‌جایی میان حالت‌های عملکردی مختلف وابسته است. برای مغز کافی نیست که به‌طور مداوم در حالت توجه باقی بمّاند؛ از سوی دیگر، صرفاً غیرفعال بودن و در حالت سکون قرار گرفتن نیز کافی نیست. در عوض، به نظر می‌رسد حافظه به تعامل میان دوره‌های تجربه فعال و دوره‌های «پردازش درونی یا آفلاین» (Offline processing) نیاز دارد.

آشناترین نمونه از چنین تغییری در حالت مغز، گذار از بیداری به خواب است. اما نه بیداری و نه خواب، هیچ‌کدام یک حالت واحد و یکنواخت نیستند. هر یک از این دو، از چندین حالت فرعی تشکیل شده‌اند: در زمان بیداری، مغز میان درگیری و توجه فعال و دوره‌های آرام‌ترِ سکون و کاهش فعالیت جابه‌جا می‌شود؛ در حالی که خواب نیز میان مراحل «غیر رِم» (Non-REM) و «رِم» (REM) چرخه می‌کند و در کنار آن، نوسانات ظریف‌تری مانند «بیداری‌های بسیار کوتاه» (Microarousals) نیز رخ می‌دهند. این تغییرات در حالت مغز اهمیت زیادی دارند، زیرا شرایط لازم برای تثبیت حافظه را فراهم می‌کنند. 

تصور می‌شود که این الگو‌های هماهنگ فعالیت مغز، در کنار یکدیگر، باعث بازپخش، سازمان‌دهی مجدد و ذخیره‌سازی بلندمدت تجربه‌های اخیر در شبکه‌های «هیپوکامپ-قشری» (Hippocampal–cortical networks) می‌شوند.

پژوهش‌های تجربی نشان داده‌اند که وقتی SWRs به‌طور انتخابی مختل می‌شوند، تجربه‌هایی که به‌تازگی کسب شده‌اند، اغلب نمی‌توانند برای مدت طولانی در حافظه باقی بمانند. این یافته نشان می‌دهد که خواب صرفاً به این دلیل برای حافظه ضروری نیست که مغز در حال استراحت است؛ بلکه اهمیت خواب در این است که یک پنجره فیزیولوژیک منحصر‌به‌فرد فراهم می‌کند که طی آن، تجربه‌های اخیر می‌توانند به‌صورت انتخابی دوباره فعال شوند، سازمان‌دهی شوند و به شکل خاطراتی پایدار تقویت شوند.

هیپوکامپ یکی از بخش‌های مهم مغز در شکل‌گیری و یادآوری خاطرات است. وقتی این بخش آسیب می‌بیند، چه چیزی درباره نحوه ساخته شدن و به یاد آوردن خاطرات به ما می‌فهماند؟

دیدگاه سنتی و ساده‌شده این است که اگر هیپوکامپ در هر دو طرف مغز آسیب ببیند، فرد دیگر نمی‌تواند خاطرات جدیدی بسازد؛ به‌ویژه «خاطرات اپیزودیک» (Episodic memories)، یعنی خاطرات مربوط به رویدادهایی که برای خود فرد اتفاق افتاده‌اند، و بخش قابل‌توجهی از یادگیری «معنایی» (Semantic learning)، یعنی یادگیری اطلاعات و دانستنی‌های جدید. در عین حال، خاطراتی که فرد پیش از آسیب به دست آورده است، تا حد زیادی سالم باقی می‌مانند.

این دیدگاه پس از مورد معروف بیمار «اِچ‌.اِم.» (.H.M) به دیدگاه غالب تبدیل شد. اِچ‌.اِم. بیماری بود که تحت عمل جراحی قرار گرفت و در جریان آن، هیپوکامپ و برخی ساختارهای اطراف آن در «لوب گیجگاهی میانی» (Medial temporal structures) برداشته شدند.

اما این توضیح، تمام ماجرا نیست. بیمارانی مانند اِچ‌.اِم. اغلب می‌توانستند بخش‌هایی از تجربه‌های گذشته خود را به یاد بیاورند یا آن‌ها را بازسازی کنند، اما یادآوری آن‌ها یک مشکل مهم داشت: این خاطرات دیگر آن حس زنده و اول‌شخصی را نداشتند؛ یعنی فرد هنگام به یاد آوردن یک اتفاق، احساس نمی‌کرد که دوباره دارد آن را از درون تجربه می‌کند.

به جای اینکه فرد یک رویداد را از درون تجربه خودش به یاد بیاورد، بیشتر شبیه این بود که آن را از بیرون توصیف می‌کند؛ گویی اتفاقی را می‌بیند که برای شخص دیگری رخ داده است. به بیان ساده‌تر، چیزی که از بین رفته بود فقط خود اطلاعات نبود، بلکه احساسِ حضور خود فرد در آن اتفاق نیز از بین رفته بود؛ یعنی فرد دیگر خودش را به‌عنوان کسی که آن رویداد را تجربه کرده، در خاطره احساس نمی‌کرد. به این نوع آگاهی «خودآگاهی بازشناختی» (Autonoetic consciousness) گفته می‌شود.

نکته مهم دیگر این است که بیماران مبتلا به فراموشی ممکن است همچنان بسیاری از اطلاعات و دانستنی‌های خود را حفظ کنند، اما در به یاد آوردن ترتیب زمانی اتفاق‌ها مشکل داشته باشند. آن‌ها ممکن است بدانند چه اتفاقی افتاده است، اما نتوانند به یاد بیاورند که اتفاق‌ها دقیقاً به چه ترتیبی رخ داده‌اند. این موضوع نشان می‌دهد که هیپوکامپ فقط محلی برای ذخیره کردن خاطرات نیست، بلکه به مغز کمک می‌کند تجربه‌ها را در طول زمان مرتب و سازمان‌دهی کند.

گیورگی بوژاکی: بیماران مبتلا به فراموشی ممکن است همچنان بسیاری از اطلاعات و دانستنی‌های خود را حفظ کنند، اما در به یاد آوردن ترتیب زمانی اتفاق‌ها مشکل داشته باشند. آن‌ها ممکن است بدانند چه اتفاقی افتاده است، اما نتوانند به یاد بیاورند که اتفاق‌ها دقیقاً به چه ترتیبی رخ داده‌اند.

بر اساس یکی از دیدگاه‌های مهم، هیپوکامپ مانند یک «تولیدکننده توالی» (Sequence generator) عمل می‌کند. یعنی بخش‌های مختلف یک رویداد را که ممکن است در قسمت‌های مختلف مغز ذخیره شده باشند، به یکدیگر متصل می‌کند و آن‌ها را در یک ترتیب مشخص قرار می‌دهد. بسیاری از این اطلاعات در «نوقشر مغز» (Neocortex) ذخیره می‌شوند.

این سازمان‌دهی به مغز کمک می‌کند یک اتفاق را به شکلی به یاد بیاورد که فرد بداند آن اتفاق برای خودش رخ داده، در چه زمانی رخ داده و رویدادها با چه ترتیبی اتفاق افتاده‌اند.

بنابراین، آسیب به هیپوکامپ نشان می‌دهد که حافظه فقط مربوط به ذخیره کردن اطلاعات نیست. حافظه همچنین به سازمان‌دهی تجربه مربوط می‌شود: اینکه اتفاق‌های مختلف را به یکدیگر و به زمان وقوعشان مرتبط کنیم، خودمان را درون آن اتفاق‌ها قرار دهیم و بتوانیم به‌صورت ذهنی دوباره به گذشته برگردیم؛ چیزی که از آن با عنوان «سفر ذهنی» (Mental travel) یاد می‌شود.