ไขกลไกสมองสร้างความจำ! งานวิจัยใหม่ชี้ ซับซ้อนกว่าที่เคยรู้ อาจถึงขั้นเปลี่ยนตำรา

งานวิจัยชิ้นล่าสุดจากมหาวิทยาลัยชิคาโก กำลังไขความลับกลไกเบื้องหลังปริศนาที่นักประสาทวิทยาพยายามหาคำตอบมานาน ว่าสมองสร้างความทรงจำขึ้นมาได้อย่างไร ความเข้าใจเดิมๆ ที่เราเชื่อกันมาตลอดคือ การปรับเปลี่ยนความแข็งแรงของไซแนปส์ (synaptic plasticity) หรือพูดง่ายๆ คือ การเปลี่ยนแปลงความเข้มแข็งของการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาท มีบทบาทสำคัญในการบันทึกความจำ โดยอาศัยหลักการที่มักพูดกันติดปากว่า “เซลล์ประสาทที่ทำงานร่วมกันบ่อยๆ จะยิ่งเชื่อมต่อกันแน่นแฟ้นขึ้น” (neurons that fire together, wire together) แต่งานวิจัยชิ้นใหม่นี้กำลังบอกเราว่า กลไกที่แท้จริงอาจซับซ้อนกว่านั้นมาก

งานวิจัยนี้เจาะลึกไปที่ ฮิปโปแคมปัส (hippocampus) ซึ่งเป็นโครงสร้างสำคัญในสมองที่เกี่ยวพันกับการสร้างความทรงจำใหม่ๆ ตามทฤษฎีดั้งเดิมเชื่อว่า เมื่อเซลล์ประสาททำงานร่วมกันซ้ำๆ การเชื่อมต่อระหว่างเซลล์เหล่านั้นก็จะแข็งแรงขึ้น ในทางตรงกันข้าม หากเซลล์ทำงานแยกจากกัน การเชื่อมต่อก็จะอ่อนแรงลง แนวคิดนี้ฟังดูเข้าที แต่ผลการศึกษาใหม่กลับเผยว่า การปรับเปลี่ยนความแข็งแรงของจุดเชื่อมต่อนี้ซับซ้อนกว่าที่เราเคยเข้าใจ นักวิจัยพบว่า นอกจากแบบจำลองเดิมแล้ว ยังมีแนวคิดใหม่ที่เรียกว่า การปรับเปลี่ยนความแข็งแรงของไซแนปส์ตามช่วงเวลาของพฤติกรรม (Behavioral Timescale Synaptic Plasticity - BTSP) ซึ่งอาจอธิบายได้ตรงจุดกว่าว่า ความทรงจำถูกบันทึกและเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาได้อย่างไร

รองศาสตราจารย์ มาร์ก เชฟฟิลด์ (Mark Sheffield) พร้อมด้วยนักวิจัยหลังปริญญาเอก อองตวน มาดาร์ (Antoine Madar) และทีมงาน ได้เฝ้าวิเคราะห์การทำงานของ เซลล์สถานที่ (place cells) ในหนูทดลองอย่างละเอียด เซลล์เหล่านี้เป็นเซลล์ประสาทชนิดพิเศษในฮิปโปแคมปัสที่จะเริ่มทำงานเมื่อสัตว์อยู่ในตำแหน่งจำเพาะที่มันจำได้ ตามทฤษฎีเดิม คาดกันว่าเซลล์พวกนี้ควรจะทำงานคงที่เมื่อสัตว์คุ้นเคยกับสถานที่นั้นดีแล้ว แต่การศึกษาครั้งนี้กลับพบเรื่องน่าประหลาดใจว่า แม้ในสภาพแวดล้อมที่คุ้นชิน รูปแบบการทำงานของเซลล์ประสาทเหล่านี้ยังคงมีการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ เกิดขึ้นอยู่เสมอ ซึ่งชี้ให้เห็นว่า ความทรงจำนั้นมีลักษณะที่ไม่หยุดนิ่ง (dynamic) หรือเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลา

หนึ่งในประเด็นสำคัญที่ท้าทายความเชื่อเดิมของงานวิจัยนี้ คือการตั้งคำถามต่อ แบบจำลองของเฮบบ์ (Hebbian model) โดยเสนอว่า BTSP ซึ่งเป็นกฎที่เพิ่งค้นพบไม่นานและอาศัยสัญญาณแคลเซียมระดับสูงที่เกิดขึ้นไม่บ่อยนักภายในเซลล์ น่าจะมีบทบาทพื้นฐานต่อพลวัตของความจำ การค้นพบนี้ช่วยอธิบายว่าทำไมการแสดงข้อมูลในเซลล์ประสาท (neuronal representations) จึงมีการปรับเปลี่ยนและปรับตัวอยู่ตลอดเวลา โดยเฉพาะอย่างยิ่งระหว่างที่เรากำลังเรียนรู้สิ่งใหม่ๆ ดูเหมือนว่า BTSP จะสามารถอธิบายรูปแบบการเปลี่ยนแปลงที่หลากหลายในการทำงานของเซลล์สถานที่ได้ดีกว่า การปรับเปลี่ยนความแข็งแรงของไซแนปส์ตามจังหวะเวลาการทำงานของเซลล์ประสาทแบบเฮบบ์ (Hebbian Spike Timing-Dependent Plasticity - STDP) ที่เป็นที่ยอมรับกันมายาวนาน

จากข้อมูลเชิงลึกเหล่านี้ งานวิจัยชี้ให้เห็นว่า การที่เซลล์ประสาทปรับเปลี่ยนรูปแบบการทำงานอยู่เรื่อยๆ อาจเป็นกลไกที่ช่วยให้สมองสามารถแยกแยะความทรงจำที่คล้ายคลึงกัน ซึ่งเกิดขึ้นในเวลาต่างกันออกจากกันได้ ซึ่งเป็นความสามารถที่สำคัญอย่างยิ่งในการรักษาความชัดเจนของกระบวนการคิดและหลีกเลี่ยงความสับสนในความทรงจำ อันเป็นอาการที่อาจพบได้ในโรคทางระบบประสาทหลายชนิด

ในบริบทของสังคมไทย ที่บ้านมักเป็นศูนย์รวมของสมาชิกหลายวัยอยู่ร่วมกัน งานวิจัยนี้อาจสะท้อนประสบการณ์ของคนไทยได้เป็นอย่างดี โดยชี้ให้เห็นว่าสมองของเราบันทึกปฏิสัมพันธ์อันซับซ้อนในครอบครัวและสภาพแวดล้อมความเป็นอยู่เหล่านี้ไว้อย่างละเอียดอ่อนเพียงใด ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์นี้ตอกย้ำธรรมชาติที่ไม่หยุดนิ่งของสมองในการบันทึก ไม่ใช่แค่เรื่องของสถานที่ แต่ยังรวมถึงประสบการณ์หลากมิติที่เราผูกพันกับสถานที่นั้นๆ เช่น กลิ่นหอมของอาหารจานโปรดที่คุ้นเคย หรือเสียงพูดคุยสนุกสนานของคนในบ้าน

ในอนาคต ความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับกลไก BTSP อาจนำไปสู่แนวทางที่ดีกว่าเดิมในการรับมือกับภาวะผิดปกติเกี่ยวกับความจำ ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อทั้งระดับบุคคลและสังคมโดยรวมในการส่งเสริมสุขภาพสมองและความสามารถในการปรับตัว เมื่อนักวิจัยไทยนำองค์ความรู้เหล่านี้ไปต่อยอด อาจมีโอกาสในการผสมผสานมุมมองแบบไทยๆ เกี่ยวกับความจำและความผูกพันในครอบครัว ซึ่งจะช่วยเพิ่มพูนความเข้าใจร่วมกันของเราให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้นไปอีก

โดยสรุป งานวิจัยที่อาจพลิกวงการชิ้นนี้ ได้มอบมุมมองใหม่ให้กับคำถามที่มีมานานว่าความทรงจำก่อตัวขึ้นได้อย่างไร นับเป็นการเชื้อเชิญให้ทั้งคนไทยและประชาคมโลกได้หันมาพิจารณาความสัมพันธ์อันซับซ้อนระหว่างประสบการณ์ ความทรงจำ และภูมิทัศน์ที่เปลี่ยนแปลงอยู่เสมอของสมองมนุษย์ สำหรับใครก็ตามที่อยากดูแลสุขภาพความจำของตัวเอง ข้อคิดที่นำไปปรับใช้ได้จากการศึกษานี้ก็คือ การหมั่นใช้สมองอยู่เสมอและการเปิดรับประสบการณ์ใหม่ๆ แม้จะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่คุ้นเคยก็ตาม

อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับงานวิจัยนี้ได้ ที่นี่