أين يتم تخزين الذاكرة؟
دماغك مسؤول عن التحكم في معظم أنشطة جسمك.
قدراته على معالجة المعلومات هي ما يسمح لك بالتعلم، وهو المستودع المركزي لذكرياتك.
ولكن كيف تتشكل الذاكرة، وأين تقع في الدماغ؟
على الرغم من أن علماء الأعصاب neuroscientists حددوا مناطق مختلفة من الدماغ حيث يتم تخزين الذكريات memories، مثل الحصين hippocampus في منتصف الدماغ، والقشرة المخية الحديثة neocortex في الطبقة العليا من الدماغ والمخيخ cerebellum في قاعدة الجمجمة، إلا أنهم لم يحددوا بعد الهياكل الجزيئية molecular structures المحددة داخل تلك المناطق المشاركة في الذاكرة memory والتعلم learning.
تشير الأبحاث التي أجراها فريق من علماء الفيزياء الحيوية biophysicists والكيميائيين الفيزيائيين physical chemists وعلماء المواد إلى أن الذاكرة قد تكون موجودة في أغشية الخلايا العصبية membranes of neurons.
تم نشر البحث في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم journal Proceedings of the National Academy of Sciences.
الخلايا العصبية Neurons هي وحدات العمل الأساسية للدماغ. إنها مصممة لنقل المعلومات إلى خلايا أخرى، مما يمكن الجسم من العمل.
التقاطع junction بين اثنين من الخلايا العصبية، يسمى المشبك العصبي synapse، والكيمياء التي تحدث بين نقاط الاشتباك العصبي، في الفضاء المسمى الشق المشبكي synaptic cleft، هي المسؤولة عن التعلم والذاكرة.
على مستوى أكثر جوهرية، يتكون المشبك العصبي synapse من غشاءين: أحدهما مرتبط بالخلايا العصبية ما قبل المشبكية presynaptic neuron التي تنقل المعلومات، والآخر مرتبط بالخلايا العصبية ما بعد المشبكية postsynaptic neuron التي تتلقى المعلومات.
يتكون كل غشاء membrane من طبقة ثنائية دهنية lipid bilayer تحتوي على بروتينات وجزيئات حيوية أخرى biomolecules.
يعتقد أن التعزيز طويل الأجل Long-term potentiation هو الآلية الفسيولوجية وراء التعلم.
التغييرات التي تحدث بين هذين الغشاءين، والمعروفة باسم اللدونة المشبكية synaptic plasticity، هي الآلية الأساسية primary mechanism للتعلم والذاكرة. وتشمل هذه التغييرات كميات البروتينات المختلفة في الأغشية، بالإضافة إلى بنية الأغشية structure of the membranes نفسها.
يمكن تصنيف اللدونة المشبكية Synaptic plasticity على أنها إما قصيرة الأجل short term، وتستمر من ميلي ثانية إلى بضع دقائق، أو طويلة الأجل long term، وتستمر من دقائق إلى ساعات أو أكثر.
تؤدي العمليات الكيميائية chemical processes التي تحدث بين الأغشية ما قبل المشبكية presynaptic وما بعد المشبكية postsynaptic في اللدونة قصيرة الأجل في نهاية المطاف إلى اللدونة المشبكية على المدى الطويل.
نظرا لأن العلماء يعتقدون أن الطريقة الرئيسية التي يعالج بها الدماغ المعلومات ويخزنها هي من خلال هذه التغييرات طويلة الأجل في نقاط الاشتباك العصبي synapses، فقد حدث تساؤل عما إذا كان يمكن تخزين الذاكرة في الطبقة الثنائية الدهنية للغشاء membrane`s lipid bilayer..
وجد الباحثون أن تعريض نموذج الطبقة الثنائية الدهنية البسيطة للتحفيز الكهربائي - على عكس التحفيز المستخدم في دراسات الدماغ - يمكن أن يؤدي إلى تغييرات طويلة الأجل.
ما جعل هذه النتيجة فريدة من نوعها هو أن الباحثين تمكنوا من إحداث تغييرات في نموذج الغشاء البسيط - كما في هذه الدراسة - دون البروتينات العصبية المرتبطة به عادة.
علاوة على ذلك، استمرت اللدونة طويلة الأجل long-term plasticity في النموذج الخاص بالباحثين لمدة 24 ساعة تقريبا دون أي تحفيز كهربائي آخر.
هذا يشير إلى أن الغشاء العصبي قد يكون مسؤولا عن تخزين الذاكرة memory storage.
تدعم النتائج التي توصل إليها الباحثون استخدام الطبقة الثنائية للدهون كنموذج لفهم الأساس الجزيئي للذاكرة البيولوجية biological memory. كذلك، قد تكون هي أيضا بمثابة منصة platform للحوسبة العصبية neuromorphic computing، حيث يتم نمذجة مكونات الذاكرة للكمبيوتر على غرار بنية ووظيفة الدماغ البشري human brain.
أخيرا، قد تكون الطبقة الثنائية للدهون lipid bilayer أيضا هدفا علاجيا محتملا لعلاج الحالات العصبية المختلفة.
لن يؤدي تحديد مكان وكيفية تخزين الذاكرة في الدماغ إلى إحداث ثورة في كيفية فهمنا للتعلم والذاكرة فحسب، بل يمكن أن يوجه أيضا تطوير علاجات جديدة لأمراض مثل مرض الزهايمر والشلل الرعاش.
