W jaki sposób fale elektromagnetyczne wiążą się z pamięcią?

Za kluczowe zadanie układu nerwowego uważa się kontrolę homeostazy organizmu, a w konsekwencji odbiór i programowanie odpowiednich odpowiedzi na bodźce środowiskowe. Pamięć, definiowana jako fizjologiczne zmiany układu nerwowego nabyte pod wpływem doświadczenia, działa jako mechanizm mający usprawnić te procesy. Działanie pamięci opiera się na interakcji wielu struktur ośrodkowego układu nerwowego (OUN). Ślady pamięciowe kodujące zapamiętywane przez OUN informacje, powstają jako wzmocnione połączenia synaptyczne pomiędzy strukturami tzw. kręgu Papeza – pętli czynnościowej łączącej hipokamp, sklepienie, ciało suteczkowate, jądro przednie wzgórza oraz korę obręczy. Mnogość tworzących pamięć struktur sugeruje zarówno skomplikowanie jej mechanizmów, jak również trudność ich badania – w celu oceny zdolności pamięciowych, analizie należy poddać pracę nie tyle pojedynczych struktur, co ich skoordynowanych połączeń.

Co zaskakujące, wobec powyższych wyzwań, fale elektromagnetyczne pozwalają efektywnie badać oraz usprawniać spadające wraz z wiekiem zdolności pamięciowe. Fale elektromagnetyczne łączą się zatem z pamięcią na dwa sposoby: dostarczają pomocnych technik jej oceny, a także tworzą metody terapii zaburzeń pamięci. Podstawy powyższych wniosków dokładnie przedstawione zostają
w kolejnych akapitach.

Neurony komunikują się ze sobą transmitując impulsy nerwowe. Sygnały te powstają na skutek prądów elektrycznych wywoływanych przez dyfuzję jonów sodu do wnętrza neuronu oraz transport jonów potasu na zewnątrz komórki. Przepływ dodatnich ładunków elektrycznych (Na⁺ i K⁺) powoduje tworzenie się fal elektromagnetycznych, a charakteryzujące fale częstotliwości wahają się zależnie
od rytmu (charakterystyki) pracy komórek. Na podstawie szczegółowych badań, poszczególne zakresy częstotliwości fal utożsamiane są z konkretnymi stanami świadomości układu nerwowego. Przykładowo, fale elektromagnetyczne o częstotliwości między 8, a 13 Hz (rytm alfa) pojawiają się głównie w płacie potylicznym kory mózgowej, w momentach wzrokowego przetwarzania informacji przy zamkniętych oczach oraz relaksu. Fale elektromagnetyczne o częstotliwości 4-8 Hz (nazywane rytmem theta) charakteryzują kreatywne myślenie czy medytację; natomiast rytm gamma (30-100 Hz) odpowiada uczeniu się oraz procesom kognitywnym. Dodatkowo, w zależności od zachodzących zjawisk, rytmy mogą występować na wyłączność lub równocześnie, nakładając się na siebie nawzajem.

Podczas badania elektroencefalograficznego (EEG) rozmieszczone na głowie pacjenta elektrody pozwalają notować rytmy charakteryzujące poszczególne pola odbioru elektrod, a w konsekwencji umożliwiają badanie zależności pomiędzy czynnością rozmaitych struktur mózgu. Właśnie w ten sposób dokonać można oceny zdolności pamięciowych. Według literatury, synchronizacja rytmów gamma i theta w obszarze płata czołowego (na drodze przebiegającej przez nie kory obręczy) oraz przedczołowego określa potencjał pamięci operacyjnej pacjenta. Zanik synchronizacji uznawany jest za oznakę spadku jej funkcji, co wpływa na dalsze trudności dla konsolidacji informacji i tworzenia trwałych śladów pamięciowych. Co ciekawe, desynchronizacja rytmów gamma-theta to przypadłość często diagnozowana u osób starszych.

Dzięki postępom inżynierii biomedycznej, wykorzystanie właściwości fal elektromagnetycznych możliwe jest nie tylko w diagnostyce, ale również terapii zaburzeń pamięci. Neurofeedback (NF)
to nowoczesna metoda terapeutyczna, której zadaniem jest usprawnienie pracy mózgu poprzez regularny trening jego czynności za pomocą odpowiednio skomponowanych gier stymulacyjnych, tak aby modyfikowały one mechanizmy pracy mózgu. Efekty treningu monitorowane są na bieżąco
za pomocą analizy graficznego zapisu fal elektromagnetycznych – w oparciu o dane, możliwe jest ustalenie czy, i z jaką poprawnością, układ nerwowy wykonuje wybraną do terapii czynność. Reasumując, efektywność NF zakłada wygaszanie lub amplifikację określonych rytmów, tak aby zapis fal elektromagnetycznych przypominał prawidłową pracę kory. Chociaż skuteczność metody zwiększa się wraz z ilością odbytych sesji terapeutycznych, pacjenci, a w szczególności osoby starsze, powinny docenić nieinwazyjność techniki oraz jej potencjał w zwiększeniu synchronizacji rytmów gamma-theta.

Bibliografia:

– Longstaff, A. (2012). Krótkie wykłady: Neurobiologia. (Wróbel Andrzej Zbigniew, Trans.). Wydawnictwo Naukowe PWN.

– Markiewicz, R. (2017). The use of EEG Biofeedback/Neurofeedback in psychiatric rehabilitation. Psychiatria Polska, 51(6).

– Marzbani, H., Marateb, H. R., & Mansourian, M. (2016). Neurofeedback: a comprehensive review on system design, methodology and clinical applications. Basic and Clinical Neuroscience, 7(2),
143-158. http://dx.doi.org/10.15412/J.BCN.03070208

– Pahor, A., & Jaušovec, N. (2018). The effects of theta and gamma tACS on working memory
and electrophysiology. Frontiers in human neuroscience, 11, 651.

– Schack, B., Vath, N., Petsche, H., Geissler, H. G., & Möller, E. (2002). Phase-coupling of theta–gamma EEG rhythms during short-term memory processing. International Journal
of Psychophysiology, 44(2), 143-163.

– Young, P. A., Young, P. H., & Tolbert, D. L. (2020). Neuroanatomia Kliniczna.
(J. Dziewiątkowski, I. Klejbor, P. Kowiański, K. Majak, & J. H. Spodnik, Trans., J. Moryś, Ed.)
(3 ed.). Edra Urban & Partner.