حافظه چطور کار می کند؟

این پست جدا شده از یک پست دیگر است که در باره حافظه نوشتم. بخش های تخصصی تر و شاید حوصله سربرِ موضوع را اینجا آوردم تا شما حق انتخاب داشته باشید که چقدر عمیق شوید. پس در نظر بگیرید که این متن نسبتن طولانی خواهد بود.نکته مهم (سلب مسئولیت- Disclaimer): من متخصص مغز و اعصاب یا یک نوروساینتیست نیستم. مطالبی هم که اینجا می آورم به عنوان یک فرد آماتور از منابع مختلف شامل کتابها، مقاله ها و سایر منابع آنلاین بدست آورده ام و برای به افراد آماتور علاقمند مانند خودم ارائه میکنم . گرچه سعی می کنم منابع موثق را به کار بگیرم، ولی تضمینی در مورد صحت تمام مطالب وجود ندارد و به احتمال بالا اشتباهاتی وجود دارد. پس اگر به دنبال دقت بالا، یا یک تحقیق تخصصی و معتبر هستید، اینجا جای مناسبی نیست.چه مطالبی را اینجا خواهیم گفت:- چگونه چیزها در حافظه ثبت می شوند؟- ماجرای H.M.- حافظه در کدام بخش مغز قرار دارد؟- انواع حافظه و بخش های مرتبط با آن در مغزقبلن در پست اصلی بحث کردیم که هر ماده ای که بتواند حالات متفاوت پایدار به خود بگیرد، می تواند برای ذخیره اطلاعات استفاده شود، بگذارید موضوع را بیشتر باز کنیم.(این بخش را با تصرف و تلخیص از کتاب Life 3.0 نوشته ماکس تگمارک آورده ام) یک صفحه شبیه شانه تخم مرغ داریم که شانزده فرورفتگی مختلف دارد و شما گلوله کوچکی را روی یکی از برآمدگی ها قرار میدهید. بنابراین می توانید از موقعیت گلوله برای ذخیره یکی از اعداد 1 تا 16 استفاده کنید. این حافظه پایدار است، چون تغییر موقعیت گلوله انرژی بیشتری از اختلالات تصادفی لازم دارد. (همین کار را مسلمن روی یک سطح صیقلی نمی توان انجام داد، چون لرزشی کوچک موقعیت گلوله را تغییر می دهد)این صفحه (سمت چپ) دارای 16 حالت پایدار است که می تواند ذخیره سازی همین تعداد حالت را انجام دهد. چهار صفحه دوحالتی (سمت راست) نیز همین تعداد حالت را در ترکیب با هم ذخیره می کنند. - تصویر برگرفته از کتاب Life 3.0ساده ترین حافظه ممکن، فقط دو حالت پایدار دارد که همان حافظه Binary را می سازد. حالا اگر 4 تا از این سامانه های دو حالتی را داشته باشیم معادل 16 حالت (2 به توان 4) حالت را می توانند ذخیره کنند. معادل همان شانه تخم مرغ ما.نکته جالب اینست که مغز ما هم با همین منطق چیزها (می گویم چیزها، چون آنقدر موارد متنوعی ست که نمیشود تحت یک عنوان آنها را آورد) را ذخیره می کند. در مغز ما حدود 86 میلیارد نورون وجود دارد که با 100 تریلیون حالت مختلف به هم متصل شده اند(سیناپس ها). در مقاله ای که جان هاپفیلد در 1982 ارائه کرد، نشان داد که شبکه پیچیده ای از نورون ها سطحی مشابه همین شانه تخم مرغ ایجاد می کنند که تعداد فراوانی نقطه کمینه انرژی دارد که هر کدام می توانند حالت پایدار سامانه باشند. بعدها هم ثابت شد که در هر هزار نورون می توان 138 خاطره متفاوت را جای داد، بدون اینکه تداخل جدی پیش آید (پایان نقل قول از تگمارک)این تصاویر، ذهنیتی از آنچه با عنوان الگوی تحریک نورونی به آن اشاره شد به دست می دهد. نکته ای که در تصویر راست پایین آمده اشاره به این داره که معمولن مرتب سازی خاطره ها در یکی از فازهای خواب روی میدهد.سازوکار حافظه در مغز مادر سال 1953 جوانی به نامMolaison Henry که تا سالیان زیادی به عنوان H.M شناخته میشد، به دلیل مشکل صرع مورد جراحی قرار گرفت. در فرآیند این جراحی عمده بافتی از مغز او به نام هیپوکامپوس برداشته شد. بعد از عمل همه چیز عالی بود . خبری از تشنج نبود، حتی IQ بیمار کمی هم افزایش پیدا کرد! اما متوجه شدند که H.M نمی تواند چیزهای جدید را به خاطر بسپارد. بخشی از حافظه بلندمدت او هم از بین رفته بود ولی برخی خاطرات دور از کودکی را به یاد می آورد.هنری مولایزون که جراحی صورت گرفته بر روی او پیشرفت فوق العاده در شناخت ما از مغز ایجاد کرد. او بعد از جراحی خود را در اختیار بیش از 100 تیم مختلف قرار داد تا رفتار و شرایط مغز او رو بررسی کنند. حتی بعد از مرگ نیز مغز او مورد بررسی و کاوش قرار گرفت.این رویداد اولین باری بود که دانشمندان را متوجه اهمیت هیپوکامپوس در حافظه کرد. داستان به طور خلاصه به این شکل است که وقتی ما یک رویداد را تجربه می کنیم، بخش های مرتبط با آن در کورتکس تحریک می شوند. مثل بخش بینایی در کورتکس مربوط به بینایی و بخش های شنوایی، بویایی و ... هم به همین ترتیب.در این تصویر بخش های کورتکس مرتبط با حس های مختلف، نمایش داده شده است.این تحریک شامل یک الگوی خاص از تحریک شدن نورون هاست. مثل یک موج که به شکل های مختلف می تواند در سطح آب ایجاد شود. در حالیکه ذرات آب تغییری نمی کنند. اگر رویداد به اندازه ای مهم باشد که بخواهیم آن را به خاطر بسپاریم، این الگو به هیپوکامپوس منتقل می شود و در آنجا به کمک یک سری پروتئین ها کد میشود.حالا اگرشما در ساعات یا روزهای بعد از رویداد بخاهید دوباره آن را به یاد بیاورید، آن پروتئین ها به کورتکس فرستاده می شوند تا همان الگو را در نورونها تکرار کنند. همچنین اگر یکی از اجزای آن الگو دوباره در اثر یک تحریک (مثلن یک بوی مرتبط با آن خاطره) تکرار شود، باز همین اتفاق می افتد. یعنی هیپوکامپوس کل الگو را برای ما بازسازی می کند.پس فهمیدیم که خاطرات خودشان در هیپوکامپوس ذخیره نمی شوند. بلکه فقط یک کد از الگوی تحریک نورونی متناسب با هر خاطره در هیپوکامپوس می ماند.طبیعتن اگر محرکی برای به یادآوری مجدد هم روی ندهد به تدریج آن حالت های پایدار نورونی تضعیف شده و با حالت های دیگر جایگزین می شوند.نکته جالب دیگری که از مطالعه HM بدست آمد این بود که همه این داستان ها مربوط به خاطرات خودآگاه مثل واقعیت ها و رویدادهاست. بعد از عمل جراحی H.M یک دانشجوی دکترا به مدت چند هفته او را مورد مشاهده قرار داد و آزمایش های مختلفی از او گرفت. مثلن متوجه شد که حافظه کوتاه مدت وی، تا حدود 15 دقیقه، کار میکند و بعد از آن رویدادها را فراموش می کند.آزمایش آیینه و ستارهیکی از مهم ترین این آزمایش ها این بود که از او خواست یک الگو (یک ستاره) را در آیینه نقاشی کند. طبیعتن ابتدا این کار برای او دشوار بود ولی به تدریج با تمرین توانست بهتر شود. و جالب اینکه این مهارت را فراموش نکرد. با اینکه اصلن یادش نبود که چه تمرینهایی انجام داده و فکر میکرد بار اول است که تست را انجام میدهد.آزمون شامل کشیدن یک ستاره مطابق الگو در آیینه بود. کاری در ابتدا دشوار است ولی با تکرار میتوان آن را با کیفیت مناسبی انجام داد.هنری در طول چند روز آزمایش به تدریج بهتر و بهتر شد؛ با اینکه هر روز در نظرش بار اول بود!بر این اساس و با آزمایش های بعدی مشخص شد که چندین نوع حافظه وجود دارد که فقط حافظه خودآگاه به هیپوکامپوس مربوط است. در شکل زیر انواع این حافظه های بلندمدت و بخش های مرتبط با آن در مغز مشخص شده است:انواع حافظه بلندمدت شامل صریح و ضمنی (خودآگاه و ناخودآگاه) می شود. بخش دوم مواردی ست که ما یاد می گیریم، بدون اینکه بتوانیم آن ها را توضیح دهیم (مثل مهارت های ورزشی یا هنری)در پایان، دیدن این ویدئو از TED-Ed را برای درک بهتر این موضوع پیشنهاد میکنم. https://www.aparat.com/v/ivyt1