Az emlékekre gyakran gondolunk úgy, mint fotókra vagy videófelvételekre, amiket az agyunk rögzít. A valóság viszont az, hogy az emlékek jóval képlékenyebbek, mint ezek a közismert médiumok. Az emlékek szinte állandó változásban vannak, a használatuk alapján meghatározott fontosságuk dönti el, hogy megmaradnak-e az idegrendszer szövedékében, és hogy hogyan. Az emlékek változékonyságára a szakirodalomban újabban az emlékek evolúciójaként hivatkoznak és a szakértők már konkrét mechanizmusokat is felvázoltak a folyamat hátterében.

Hol vannak egyáltalán az emlékek?

Ahhoz, hogy az emlékek evolúciójával kapcsolatos elképzeléseket megérthessük, fontos tudni, hogy egyáltalán mit gondolnak az emlékezetkutatók az emlékekről. Az emlékezetkutatás talán legalapvetőbb kérdése, hogy egyáltalán hol vannak az emlékek. Ezzel a kérdéssel a XX. században kezdtek komolyabban foglalkozni a tudósok, ekkor pedig már nem volt kérdés, hogy az emlékeknek valahol az agyban kell lenniük. Richard Semon a század elején alkotta meg az engram kifejezést, ami tulajdonképpen az emlék fizikai megfelelője, lenyomata az idegrendszerben. Semon ekkor még konkrétan úgy vélte, hogy az engram valamiféle benyomódás, bevésődés az idegrendszer „ingerelhető állományában”.

A XX. század derekára megjelent az információelmélet, ami új, matematikai alapokra helyezte a mentális jelenségek megközelítését. Ennek természetesen az agykutatásban is óriási hatása volt, tulajdonképpen az információelméletre alapult a kognitív pszichológia. A kognitív pszichológia elméletei központiak a modern agykutatásban, jellemzően ezek azok az elképzelések, melyek a legvilágosabban kötik össze a viselkedéses és mentális jelenségeket az őket létrehozó idegrendszeri működésekkel. Időközben az idegrendszer működésével kapcsolatos ismeretek is gyarapodtak és a XX. század második felében egyre jobban elterjedt az a nézet, hogy az idegrendszerben kialakuló sejtaktivációs mintázatok hoznak létre minden tudatos élményt.

Ha egy felidézett emlék tulajdonképpen egy sejtaktivációs mintázat, akkor egy engram a sejtaktivációs mintázat kialakulását biztosító szinapszisokban keresendő. Az engram vagy az emléknyom tehát az idegsejtek között lévő erős kapcsolatok összességeként képzelhető el, vagyis gyakorlati szempontból az emlékeket reprezentáló, egyidejűleg aktiválódó sejtek együttes aktivációját biztosító kapcsolatok egysége. Ennek ismeretében nem meglepő, hogy Karl Lashley egyik legismertebb kutatási projektje, amiben az emléknyomok agyi elhelyezkedését próbálta felkutatni, kudarcot vallott. Az engramok az esetek többségében az agyban elszórt sejthálózatokban rejlenek.

Hogyan néz ki egy emlék életpályája?

Az emléknyom szétosztottságára utaló eredményekkel nagyjából egy időben egy másik korszakalkotó felfedezés is született az emlékezet működésével kapcsolatban. Egy súlyos epilepsziás betegnél műtétileg távolították el a halántéklebeny elülső részét, mindkét oldalon. A beavatkozás hatására a rohamok ugyan megszűntek, de a páciensnél súlyos emlékezeti zavar, anterográd amnézia alakult ki. A beteg emlékezett élete korábbi eseményeire, a műtétet megelőző időszakot kivéve, viszont újabb emlékeket már nem tudott elraktározni. Kezelőorvosát például évekkel a műtét után is ismeretlenként üdvözölte, noha szinte naponta találkoztak.

Ebből az esetből arra következtettek az emlékezetkutatók, hogy a halántéklebenyben található hippokampusz felelős az új emlékek kódolásáért. Az új emlékek azonban egy bizonyos idő elteltével függetlenné válnak ettől az idegrendszeri struktúrától ez magyarázza, hogy az imént említett beteg emlékezett életének korábbi eseményeire. Ez az elképzelés szépen összecsengett azzal a gondolattal, amit a XX. század elején két német tudós fogalmazott meg az emlékekkel kapcsolatban. Müller és Pilzecker számos kísérletet végeztek a honfitársuk, Hermann Ebbinghaus által kidolgozott kísérleti elrendezés segítségével. Az elrendezés lényege, hogy a kísérleti résztvevőkkel értelmetlen szótagokat tanítanak, hogy elkerüljék a hétköznapi jelenségekkel való „összegabalyodást”. A kutatók eredményei arra engedtek következtetni, hogy a tanulást követően van egy érzékeny időszak, amiben a mentális terhelés jelentősen lerontja a későbbi emlékezeti teljesítményt. Ebből az következik, hogy ebben az időszakban történik valami az újonnan kódolt emlékekkel, Müller és Pilzecker úgy fogalmaztak, hogy „megszilárdulnak” (innen a folyamat neve: Konsolidierung, vagyis konszolidáció).

Ezt a jelenséget később egy mára klasszikusnak számító állatkísérlettel is megerősítették. Carl Duncan patkányokat tanított egy feladat elvégzésére és azt vizsgálta, hogy hogyan hat a későbbi teljesítményükre egy erős áramütés (elektrokonvulzív sokk). Azt tapasztalta, hogy a tanulást követő 15 percen belül kapott áramütés súlyosan lerontotta a teljesítményt, míg az ezen az időablakon túl adott áramütés nem. Ebből arra lehetett következtetni, hogy az emlékeknek valóban van egy kezdeti instabil állapota, amiben könnyen megzavarható a raktározásuk, legyen a zavaró tényező nagy koncentrációt igénylő feladat vagy elektrosokk.

Mi van a konszolidáción túl?

A konszolidációról időközben kiderült, hogy noha kétségkívül ébrenlét során is zajlik, legnagyobb hatékonysággal az alvás során megy végbe. Ez a megállapítás egyébként az emlékek evolúciójának más lépéseire is igaz.

A konszolidáció folyamatát egy egészen részletes neurokognitív modell taglalja. A modell alapjául az a kísérlet szolgált, mellyel a 90-es években kimutatták, hogy a patkányok agyában alvás alatt olyan sejtaktivációs mintázatok is kialakulnak, melyek ébrenlétben jelentek meg. Ez azt jelenti, hogy az emléknyomok feltehetőleg újraaktiválódnak alvás alatt. Nem meglepő, hogy ezt a folyamatot sokan a konszolidációval hozták összefüggésbe. Az ébrenlét során kialakult emlékek alvás alatti újraaktiválódása erősíti az engramot alkotó sejtkapcsolatokat. Az idegsejtek újraaktiválódásának jellemzői ráadásul azzal az elképzeléssel is összhangban vannak, hogy a konszolidáció során az emléknyomok a hippokampuszból fokozatosan az agykéreg sejthálózataiba kerülnek át.

Az újabb eredmények szerint azonban a konszolidáció csupán az első lépés az emlékek evolúciójában. A konszolidáció inkább mennyiségi változás, egy emléknyom megerősödése, azonban az emlékek kétségtelenül átmennek minőségi változásokon is. Az emlékek evolúciójának egy lépése lehet az általánosítás, amelynek a lényege, hogy két vagy több különböző emlékből általános részletek emelődnek ki és azokból magasabb rendű tudásstruktúrák jönnek létre. Erre jó példa lehet egy személy gyermekkori szülinapi bulikkal kapcsolatos tudása. Amikor ott volt az egyik ilyen összejövetelen, akkor élénk emlékei születtek az eseményről. Kik voltak ott, miket játszottak, miket ettek és így tovább. A következő alkalommal szintén hasonló emlékei alakultak ki, innentől azonban már talán elkezdett körvonalazódni a szülinapi bulikra vonatkozó tudásstruktúrája, sémája: a bulikon többen vannak, ajándékoznak és tortát esznek. Ezek a magasabb rendű ismeretek feltehetőleg úgy alakulnak ki, hogy az emlékek újraaktiválódása során az emlékek bizonyos részei lassan különálló egységgé fejlődnek, amik egy idő után már nem egy élénk emlék egy elemét képviselik (pl. a tortát), hanem azt a tényt, hogy a szülinapi bulikon általában van torta.

Az általánosítás folyamata: a) aktiválódik két emlék, melyek között átfedés van, b) az emlékek idővel függetlenednek a hippokampusztól, az átfedő részek közötti kapcsolat megerősödik és c) ez a rész a kapcsolatok erejének lecsökkenése során egy különálló mintázattá alakul, ami feltehetőleg már egy általános, akár absztrakt jelenséget képvisel (Forrás: Lewis & Durrant, 2011 – Trends in Cognitive Sciences).

Egy másik hasonló folyamat, amikor egy új vagy egy régi emlék úgy módosul, hogy az jobban megfeleljen az ember egy bizonyos nézetének. Maradva a szülinapi bulik példájánál elképzelhető, hogy valaha voltunk olyan bulin, ahol éppenséggel nem volt torta. Az idő múlásával viszont elhalványodik ez az emlékünk, és amikor egyszer mégis megpróbáljuk felidézni, akkor esetleg egy csokitorta jelenik meg a lelki szemeink előtt. A szülinapi bulikkal kapcsolatos ismereteink megváltoztatták ezt az emléket.

Mi vár még felfedezésre?

Az emlékezetkutatás a tudomány egy viszonylag fiatal ága. A terület születését a XIX. század végére lehet tenni, amikor Hermann Ebbinghaus először vizsgálta empirikus eszközökkel a saját emlékezetét. Azóta az emlékezettel kapcsolatos ismereteink elképesztő mértékben bővültek ki és remélhetőleg ez a tendencia továbbra is meg fog maradni. Annyi mindent nem tudunk még az emlékekről. Hogyan néz ki egy egyedi emléknyom? Milyen hasonlóságok vannak két hasonló esemény engramjai között? Hogyan változnak ezek az emléknyomok az idők során? Milyen mechanizmus eredményezi, hogy a konkrét emléknyomokból absztrakt ismeretek keletkezzenek? Ezeket a kérdéseket a jövő kutatásainak kell megválaszolni.

Ez a cikk az Élet és Tudomány 2021/13. számában jelent meg.