Napriek tomu, že sa práve začal september, počasie bolo veľmi horúce. William Scoville prišiel ako inokedy do svojej práce a prezliekol sa do sterilne čistého oblečenia. Na jeho chirurgickom stole už ležal Henry Molaison. Scoville pristúpil k jeho hlave, šikovne navŕtal do jeho lebky dva otvory a zaboril mu skalpel do mozgu. Hoci v tej chvíli o tom ešte nemal tušenia, zmenil tým históriu neurovedy.
Scoville na oboch stranách vybral Molaisonovi z mozgu kúsok z jeho spánkového laloka. Obaja sa rozhodli pre túto riskantnú operáciu, pretože Molaison trpel ťažkými epileptickými záchvatmi a žiadna iná liečba mu nepomáhala. Keď však Scoville po operácii navštívil svojho pacienta, zistil, že sa stalo niečo zvláštne. Henry Molaison nevedel, prečo je v nemocnici.
A nebola to iba krátka pooperačná strata orientácie. Keď mu Scoville vysvetlil, prečo je na jeho neurochirurgickom oddelení, za pár minút na to zabudol. Keď sa Molaison naobedoval, desať minút po obede zabudol, čo jedol, aj to, že vôbec obedoval. Takmer úplne stratil schopnosť vštepovania nových poznatkov. V psychiatrii sa taká porucha pamäti nazýva anterográdna amnézia.
Henry Molaison nedokázal v mysli udržať poznatky o nových ľuďoch, objektoch a miestach dlhšie ako zopár minút. Vedel zopakovať sedemmiestne telefónne číslo, ak si ho neustále v duchu pripomínal, ale zabudol ho, ak ho niekto vyrušil. Nevedel si zapamätať tváre nových ľudí, ktorých opakovane stretával po operácii. Nedokázal si spomenúť na príhody predošlého dňa, neexistoval pre neho včerajšok.
Epileptické záchvaty mu ustúpili, zostal však uväznený v osídlach niekoľkominútovej prítomnosti. Keď sa ho niekto o desaťročia neskôr spýtal, aký je rok, odpovedal „1953“. Operácia sa totiž uskutočnila prvého septembra 1953. Vtedy mal Molaison dvadsaťsedem rokov. Celý zvyšok života si myslel, že je mladší, ako naozaj bol. Keď sa pozrel do zrkadla, videl v ňom neprimerane starého muža. Vždy, keď počul o smrti svojej matky, rozľútostil sa, akoby práve zomrela.
V roku 1957 publikoval doktor Scovill spolu s psychologičkou Brendou Millnerovou článok, v ktorom okrem iného opísali aj mozgové a pamäťové poškodenie Henryho Molaisona. To bol začiatok vedeckej slávy pacienta, v odbornej literatúre známeho ako H.M. Bol to tiež začiatok moderného výskumu mechanizmov pamäti. Scovillov a Millnerovej článok stále patrí k najcitovanejším článkom v neurovede. H.M. sa stal pravdepodobne najviac skúmaným pacientom v dejinách vedy. Bol predmetom desiatok štúdií. Jeho prípad dokonca sčasti inšpiroval psychologický triler Memento, ktorý režíroval Christopher Nolan. Je paradoxom, že H.M. sa o svojej sláve nikdy naozaj nedozvedel, pretože všetky nové udalosti zabúdal.
.koľko máme druhov pamäti a kde sídlia?
Z príznakov H. M. môžeme odvodiť viacero dôležitých poznatkov. Po prvé, obojstranné poškodenie spánkového laloka síce spôsobilo u H. M. ťažkú poruchu pamäti, ale vôbec nenarušilo jeho ostatné duševné funkcie. Myslenie a jazyk H. M. zostali úplne v norme, IQ-testy nezistili žiadnu abnormalitu. Z toho vyplýva, že pamäť je do značnej miery nezávislá od iných duševných funkcií, a môže byť sama izolovane narušená, a to napríklad výpadkom funkcie časti spánkových lalokov. To je dôležité zistenie. Predtým sa totiž verilo, že pamäť je úzko prepletená s inými intelektuálnymi funkciami, a nie je spojená s nejakou konkrétnou časťou mozgu. Naopak, predpokladalo sa, že je rozptýlená v celej mozgovej kôre. Bolo to najmä kvôli pokusom Karla Lashleyho, ktorý potkanom odoberal kúsky kôry a testoval, ako to zmení ich naučené správanie. Lashley zistil, že iba veľkosť, ale nie miesto poškodenia kôry bolo rozhodujúce pre stratu ich pamäti. Nenapadlo mu však odoberať tie štruktúry zo spánkového laloka, ktoré H. M. odstránil Scoville.
Po druhé, H. M. si vedel na krátky okamih udržať v pamäti telefónne číslo alebo viesť plynulú konverzáciu. Z toho vyplýva, že krátkodobá (pracovná) pamäť je biologicky odlišná od dlhodobejšej pamäti, a nie je lokalizovaná v spánkovom laloku. Dnes vieme, že pracovná pamäť súvisí najmä s činnosťou mozgovej kôry v predných častiach čelového laloka.
Po tretie, H. M. zabudol informácie a príhody z dvoj-trojročného obdobia pred operáciou (takže trpel nielen anterográdnou, ale aj retrográdnou amnéziou). Veľmi dobre si však pamätal staršie udalosti. Môžeme preto tvrdiť, že časti spánkového laloka, o ktoré H. M. prišiel (hipokampus a okolité štruktúry) sú síce dôležitou, ale len dočasnou prechodnou stanicou pri ukladaní informácií do dlhodobej pamäti. Miestom trvalejších spomienok sú iné oblasti mozgu. Dnes vieme, že sa nachádzajú na rôznych miestach v mozgovej kôre, ako tušil už Lashley.
Po štvrté, hoci si H. M. nevedel zapamätať nové fakty a udalosti, niečo sa predsa len naučiť vedel. Dokázal sa zlepšovať v úlohách, ktoré si vyžadovali pohybovú zručnosť. Napríklad dostal úlohu obkresľovať hviezdu, pričom svoju ruku mal dovolenú pozorovať iba v zrkadle. Vďaka opakovanému tréningu sa v tom zlepšoval. Mal však zakaždým dojem, že vykonáva novú činnosť. Na otázku, prečo sa jeho šikovnosť pri úlohe zlepšila, odpovedal: „O čom to hovoríte? Nikdy som takú úlohu predtým nevykonával.“ H. M. teda bol schopný takzvaného implicitného učenia, ktoré si nevyžaduje vedomé úsilie. Nebol však schopný zapamätať si nové udalosti a fakty, teda nebol schopný explicitného učenia, ktoré si vyžaduje vedomé úsilie pri vyvolávaní informácií z pamäti.
Ako sme spomenuli, pre dočasné explicitné učenie a pamäť je dôležitý spánkový lalok (hipokampus) a pre dlhodobú explicitnú pamäť je dôležitá mozgová kôra. Implicitná pamäť pre pohybové zručnosti má viacero podtypov, ktoré súvisia s činnosťou rôznych oblastí mozgu, napríklad mozočka a takzvaných bazálnych ganglií. Takže vďaka H. M. dnes vieme, že existuje niekoľko druhov pamäti, ktoré sú lokalizované v rôznych mozgových štruktúrach. Vedci, ktorí H. M. roky skúmali, sa mu nikdy nemohli naozaj poďakovať za jeho ochotu podrobiť sa ich vyšetreniam, pretože hneď po poďakovaní zabudol, že ich vôbec stretol.
.ako sa do mozgu zapisuje Halle Berry?
Doteraz sme sa zaoberali tým, ktoré mozgové štruktúry súvisia s pamäťou. Čiže riešili sme otázku „kde?“. Vôbec sme sa však nedotkli otázky „ako?“. Ako sa informácie do nervového systému ukladajú? Aké sú bunkové a molekulárne mechanizmy ukladania nových údajov? Ako prostredie vtláča prostredníctvom učenia svoje posolstvo do mikroštruktúry tvarovateľného mozgu? Už Ramón y Cajal a po ňom Donald Hebb špekulovali, že mozog ukladá informácie prostredníctvom zmeny sily spojení (synáps) medzi nervovými bunkami, ktoré sa navzájom aktivujú. Experimenty, ktoré túto teóriu podporili, urobili Tim Bliss a Terje Lømo, a to zhodou okolností v hipokampe v spánkovom laloku. Bliss a Lømo stimulovali u králikov hlavný vstup do podoblasti hipokampu, ktorá sa volá gyrus dentatus. Objavili, že opakovanou aktiváciou týchto vstupných synáps dokážu zosilniť prenos ich signálov na cieľové bunky.
Výnimočné bolo, že hoci ich stimulácia trvala iba zopár minút, zosilnenie synaptického prenosu trvalo hodiny až dni. Tento fenomén nazvali „dlhodobým zosilnením“ synáps (long-term potentiation, LTP). Dnes sa všeobecne akceptuje, že hlavným mechanizmom pamäti je práve LTP. V súčasnosti poznáme molekulárne mechanizmy synaptických zmien počas LTP veľmi detailne a stále sú predmetom aktívneho výskumu. O tom možno niekedy inokedy. Pre nás je dôležité, že viaceré experimenty ukázali, že explicitná pamäť, ktorej poruchu mal H. M., je funkčne spojená s dlhodobým zosilnením synáps v hipokampe v spánkovom laloku.
Ako je však pamäťová informácia reprezentovaná alebo zakódovaná v mozgu? A ako jej kód súvisí s LTP? Na vysvetlenie existujú dve súperiace teórie. Prvá z nich predpokladá existenciu takzvanej bunky starej mamy (grandmother cell). Podľa tejto hypotézy, keď vidíme, počujeme alebo inak vnímame nejaký objekt, napríklad starú mamu, zaktivuje sa špeciálna nervová bunka, ktorá objekt reprezentuje. Niektoré pozorovania podporujú túto hypotézu. Napríklad vedci našli u jednej ženy nervovú bunku, ktorá bola aktívna iba vtedy, keď pozerala na fotky Jennifer Aniston. Pri iných fotkách bunka nereagovala. U inej ženy zase našli bunku, ktorá signalizovala fotky, kresby, alebo dokonca aj len napísané meno Halle Berry.
Väčšina vedcov si však nemyslí, že náš mozog reprezentuje jednotlivé pojmy a objekty jednou bunkou. Skôr sa prikláňajú k alternatívnej teórii, podľa ktorej sú pojmy a objekty v mozgu reprezentované zoskupeniami viacerých aktívnych buniek. Inými slovami, informácia je zakódovaná vo forme špecifického vzorca aktivity niekoľkých nervových buniek. Keď sa niečo učíme, aktivujeme tým opakovane isté zoskupenie buniek (cell assembly), medzi ktorými sa vďaka ich vzájomnej aktivácii zosilňujú synapsy (LTP). Synapsy medzi bunkami, ktoré patria do zoskupenia a bunkami, ktoré do zoskupenia nepatria, sa, naopak, zoslabujú (LTD). Vyvolávanie informácie z pamäti si potom môžeme predstaviť nasledovne: vplyvom vonkajšieho stimulu (napríklad vidíme časť tváre Halle Berry alebo počujeme jej hlas) sa aktivuje časť príslušného zoskupenia neurónov. Tie sú pospájané silnými spojeniami so zvyšnými nervovými bunkami zoskupenia, ktoré reprezentuje Halle Berry. Aktivita sa šíri predovšetkým pozdĺž týchto silných synaptických spojení a tým sa zaktivuje celé zoskupenie, čím sa celý vzor vyvolá z pamäti.
Autor skúma LTP na Goetheho univerzite vo Frankfurte.
Scoville na oboch stranách vybral Molaisonovi z mozgu kúsok z jeho spánkového laloka. Obaja sa rozhodli pre túto riskantnú operáciu, pretože Molaison trpel ťažkými epileptickými záchvatmi a žiadna iná liečba mu nepomáhala. Keď však Scoville po operácii navštívil svojho pacienta, zistil, že sa stalo niečo zvláštne. Henry Molaison nevedel, prečo je v nemocnici.
A nebola to iba krátka pooperačná strata orientácie. Keď mu Scoville vysvetlil, prečo je na jeho neurochirurgickom oddelení, za pár minút na to zabudol. Keď sa Molaison naobedoval, desať minút po obede zabudol, čo jedol, aj to, že vôbec obedoval. Takmer úplne stratil schopnosť vštepovania nových poznatkov. V psychiatrii sa taká porucha pamäti nazýva anterográdna amnézia.
Henry Molaison nedokázal v mysli udržať poznatky o nových ľuďoch, objektoch a miestach dlhšie ako zopár minút. Vedel zopakovať sedemmiestne telefónne číslo, ak si ho neustále v duchu pripomínal, ale zabudol ho, ak ho niekto vyrušil. Nevedel si zapamätať tváre nových ľudí, ktorých opakovane stretával po operácii. Nedokázal si spomenúť na príhody predošlého dňa, neexistoval pre neho včerajšok.
Epileptické záchvaty mu ustúpili, zostal však uväznený v osídlach niekoľkominútovej prítomnosti. Keď sa ho niekto o desaťročia neskôr spýtal, aký je rok, odpovedal „1953“. Operácia sa totiž uskutočnila prvého septembra 1953. Vtedy mal Molaison dvadsaťsedem rokov. Celý zvyšok života si myslel, že je mladší, ako naozaj bol. Keď sa pozrel do zrkadla, videl v ňom neprimerane starého muža. Vždy, keď počul o smrti svojej matky, rozľútostil sa, akoby práve zomrela.
V roku 1957 publikoval doktor Scovill spolu s psychologičkou Brendou Millnerovou článok, v ktorom okrem iného opísali aj mozgové a pamäťové poškodenie Henryho Molaisona. To bol začiatok vedeckej slávy pacienta, v odbornej literatúre známeho ako H.M. Bol to tiež začiatok moderného výskumu mechanizmov pamäti. Scovillov a Millnerovej článok stále patrí k najcitovanejším článkom v neurovede. H.M. sa stal pravdepodobne najviac skúmaným pacientom v dejinách vedy. Bol predmetom desiatok štúdií. Jeho prípad dokonca sčasti inšpiroval psychologický triler Memento, ktorý režíroval Christopher Nolan. Je paradoxom, že H.M. sa o svojej sláve nikdy naozaj nedozvedel, pretože všetky nové udalosti zabúdal.
.koľko máme druhov pamäti a kde sídlia?
Z príznakov H. M. môžeme odvodiť viacero dôležitých poznatkov. Po prvé, obojstranné poškodenie spánkového laloka síce spôsobilo u H. M. ťažkú poruchu pamäti, ale vôbec nenarušilo jeho ostatné duševné funkcie. Myslenie a jazyk H. M. zostali úplne v norme, IQ-testy nezistili žiadnu abnormalitu. Z toho vyplýva, že pamäť je do značnej miery nezávislá od iných duševných funkcií, a môže byť sama izolovane narušená, a to napríklad výpadkom funkcie časti spánkových lalokov. To je dôležité zistenie. Predtým sa totiž verilo, že pamäť je úzko prepletená s inými intelektuálnymi funkciami, a nie je spojená s nejakou konkrétnou časťou mozgu. Naopak, predpokladalo sa, že je rozptýlená v celej mozgovej kôre. Bolo to najmä kvôli pokusom Karla Lashleyho, ktorý potkanom odoberal kúsky kôry a testoval, ako to zmení ich naučené správanie. Lashley zistil, že iba veľkosť, ale nie miesto poškodenia kôry bolo rozhodujúce pre stratu ich pamäti. Nenapadlo mu však odoberať tie štruktúry zo spánkového laloka, ktoré H. M. odstránil Scoville.
Po druhé, H. M. si vedel na krátky okamih udržať v pamäti telefónne číslo alebo viesť plynulú konverzáciu. Z toho vyplýva, že krátkodobá (pracovná) pamäť je biologicky odlišná od dlhodobejšej pamäti, a nie je lokalizovaná v spánkovom laloku. Dnes vieme, že pracovná pamäť súvisí najmä s činnosťou mozgovej kôry v predných častiach čelového laloka.
Po tretie, H. M. zabudol informácie a príhody z dvoj-trojročného obdobia pred operáciou (takže trpel nielen anterográdnou, ale aj retrográdnou amnéziou). Veľmi dobre si však pamätal staršie udalosti. Môžeme preto tvrdiť, že časti spánkového laloka, o ktoré H. M. prišiel (hipokampus a okolité štruktúry) sú síce dôležitou, ale len dočasnou prechodnou stanicou pri ukladaní informácií do dlhodobej pamäti. Miestom trvalejších spomienok sú iné oblasti mozgu. Dnes vieme, že sa nachádzajú na rôznych miestach v mozgovej kôre, ako tušil už Lashley.
Po štvrté, hoci si H. M. nevedel zapamätať nové fakty a udalosti, niečo sa predsa len naučiť vedel. Dokázal sa zlepšovať v úlohách, ktoré si vyžadovali pohybovú zručnosť. Napríklad dostal úlohu obkresľovať hviezdu, pričom svoju ruku mal dovolenú pozorovať iba v zrkadle. Vďaka opakovanému tréningu sa v tom zlepšoval. Mal však zakaždým dojem, že vykonáva novú činnosť. Na otázku, prečo sa jeho šikovnosť pri úlohe zlepšila, odpovedal: „O čom to hovoríte? Nikdy som takú úlohu predtým nevykonával.“ H. M. teda bol schopný takzvaného implicitného učenia, ktoré si nevyžaduje vedomé úsilie. Nebol však schopný zapamätať si nové udalosti a fakty, teda nebol schopný explicitného učenia, ktoré si vyžaduje vedomé úsilie pri vyvolávaní informácií z pamäti.
Ako sme spomenuli, pre dočasné explicitné učenie a pamäť je dôležitý spánkový lalok (hipokampus) a pre dlhodobú explicitnú pamäť je dôležitá mozgová kôra. Implicitná pamäť pre pohybové zručnosti má viacero podtypov, ktoré súvisia s činnosťou rôznych oblastí mozgu, napríklad mozočka a takzvaných bazálnych ganglií. Takže vďaka H. M. dnes vieme, že existuje niekoľko druhov pamäti, ktoré sú lokalizované v rôznych mozgových štruktúrach. Vedci, ktorí H. M. roky skúmali, sa mu nikdy nemohli naozaj poďakovať za jeho ochotu podrobiť sa ich vyšetreniam, pretože hneď po poďakovaní zabudol, že ich vôbec stretol.
.ako sa do mozgu zapisuje Halle Berry?
Doteraz sme sa zaoberali tým, ktoré mozgové štruktúry súvisia s pamäťou. Čiže riešili sme otázku „kde?“. Vôbec sme sa však nedotkli otázky „ako?“. Ako sa informácie do nervového systému ukladajú? Aké sú bunkové a molekulárne mechanizmy ukladania nových údajov? Ako prostredie vtláča prostredníctvom učenia svoje posolstvo do mikroštruktúry tvarovateľného mozgu? Už Ramón y Cajal a po ňom Donald Hebb špekulovali, že mozog ukladá informácie prostredníctvom zmeny sily spojení (synáps) medzi nervovými bunkami, ktoré sa navzájom aktivujú. Experimenty, ktoré túto teóriu podporili, urobili Tim Bliss a Terje Lømo, a to zhodou okolností v hipokampe v spánkovom laloku. Bliss a Lømo stimulovali u králikov hlavný vstup do podoblasti hipokampu, ktorá sa volá gyrus dentatus. Objavili, že opakovanou aktiváciou týchto vstupných synáps dokážu zosilniť prenos ich signálov na cieľové bunky.
Výnimočné bolo, že hoci ich stimulácia trvala iba zopár minút, zosilnenie synaptického prenosu trvalo hodiny až dni. Tento fenomén nazvali „dlhodobým zosilnením“ synáps (long-term potentiation, LTP). Dnes sa všeobecne akceptuje, že hlavným mechanizmom pamäti je práve LTP. V súčasnosti poznáme molekulárne mechanizmy synaptických zmien počas LTP veľmi detailne a stále sú predmetom aktívneho výskumu. O tom možno niekedy inokedy. Pre nás je dôležité, že viaceré experimenty ukázali, že explicitná pamäť, ktorej poruchu mal H. M., je funkčne spojená s dlhodobým zosilnením synáps v hipokampe v spánkovom laloku.
Ako je však pamäťová informácia reprezentovaná alebo zakódovaná v mozgu? A ako jej kód súvisí s LTP? Na vysvetlenie existujú dve súperiace teórie. Prvá z nich predpokladá existenciu takzvanej bunky starej mamy (grandmother cell). Podľa tejto hypotézy, keď vidíme, počujeme alebo inak vnímame nejaký objekt, napríklad starú mamu, zaktivuje sa špeciálna nervová bunka, ktorá objekt reprezentuje. Niektoré pozorovania podporujú túto hypotézu. Napríklad vedci našli u jednej ženy nervovú bunku, ktorá bola aktívna iba vtedy, keď pozerala na fotky Jennifer Aniston. Pri iných fotkách bunka nereagovala. U inej ženy zase našli bunku, ktorá signalizovala fotky, kresby, alebo dokonca aj len napísané meno Halle Berry.
Väčšina vedcov si však nemyslí, že náš mozog reprezentuje jednotlivé pojmy a objekty jednou bunkou. Skôr sa prikláňajú k alternatívnej teórii, podľa ktorej sú pojmy a objekty v mozgu reprezentované zoskupeniami viacerých aktívnych buniek. Inými slovami, informácia je zakódovaná vo forme špecifického vzorca aktivity niekoľkých nervových buniek. Keď sa niečo učíme, aktivujeme tým opakovane isté zoskupenie buniek (cell assembly), medzi ktorými sa vďaka ich vzájomnej aktivácii zosilňujú synapsy (LTP). Synapsy medzi bunkami, ktoré patria do zoskupenia a bunkami, ktoré do zoskupenia nepatria, sa, naopak, zoslabujú (LTD). Vyvolávanie informácie z pamäti si potom môžeme predstaviť nasledovne: vplyvom vonkajšieho stimulu (napríklad vidíme časť tváre Halle Berry alebo počujeme jej hlas) sa aktivuje časť príslušného zoskupenia neurónov. Tie sú pospájané silnými spojeniami so zvyšnými nervovými bunkami zoskupenia, ktoré reprezentuje Halle Berry. Aktivita sa šíri predovšetkým pozdĺž týchto silných synaptických spojení a tým sa zaktivuje celé zoskupenie, čím sa celý vzor vyvolá z pamäti.
Autor skúma LTP na Goetheho univerzite vo Frankfurte.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.