Een dier is voor zijn functioneren niet alleen afhankelijk van zijn vermogen om signalen uit de omgeving te analyseren en zijn spieren en organen te sturen om op die signalen te reageren, maar ook van zijn vermogen om voorafgaande ervaringen en de bijbehorende signalen op te slaan in het geheugen, om later weer te kunnen gebruiken. Dit vermogen om ervaringen op te slaan om weer te kunnen gebruiken heet leren.
De werking van het geheugen is een ingewikkeld proces, waarbij informatie die via de zintuigen wordt vergaard wordt verwerkt en de nuttige informatie wordt opgeslagen. Zonder geheugen heeft een organisme een sterk verkleinde kans op overleven. Het zou namelijk zijn alsof iedere situatie die het tegenkomt, de eerste keer is dat het in die situatie komt, ook al is dat niet zo. Zo zou je als je geen geheugen had bijvoorbeeld steeds weer een heet voorwerp aanraken, en je grondig verbranden.
Er bestaan verschillende manieren om het geheugen in verschillende onderdelen te verdelen. Een van de bekenste indelingen is de indeling tussen het korte termijn en het lange termijn geheugen. Tegenwoordig wordt dit meer het werkgeheugen en het referentiegeheugen genoemd. Die naam is veranderd, omdat het onduidelijk was hoe kort een korte termijn en hoe lang een lange termijn was.
Het referentiegeheugen heeft twee belangrijke onderdelen: het declaratief geheugen, waar feiten en gebeurtenissen worden opgeslagen en het procedureel geheugen, waar je onthoudt hoe bepaalde handelingen moeten worden verricht. Naast het werk -en referentiegeheugen bestaat ook nog een derde type geheugen. Dit staat bekend als het sensorisch geheugen. Terwijl het werkgeheugen een betrekkelijk kleine 'inhoud' heeft, heeft het sensorisch geheugen een enorme capaciteit om dingen op te slaan. Het probleem is dat alle informatie die wordt vergaard via je tast, reuk, gehoor en gezicht, daar binnenkomt en slechts heel kort (ongeveer een seconde) wordt bewaard en vervolgens weer wordt vergeten. Alleen dat deel dat dat als belangrijk wordt ervaren wordt doorgestuurd naar het werkgeheugen, om te worden onthouden.
Alle informatie die binnenkomt in het sensorisch geheugen wordt dus gewogen op belangrijkheid, waarna onbelangrijke dingen worden weggegooid. Voorbeeld hiervan is als je in je klaslokaal oplet op wat de leraar op het bord schrijft en buiten rijdt een auto voorbij. Wat er belangrijk wordt gevonden, de tekst op het bord, wordt onthouden en de andere, minder belangrijke dingen, zoals de auto, worden direkt vergeten. Sommigen in de klas die heel geconcentreerd zijn, zullen zelfs zeggen de auto nooit gehoord te hebben, al is dat wel zo. Een schema voor de geheugenprocessen staat in figuur 1.
FIGUUR 1: Schema van de interactie van de veschillende geheugen onderdelen met elkaar. Input komt binnen via de zintuigen in het Sensorisch Geheugen. Daarna wordt deze informatie 'gewogen' op belangrijkheid met behulp van Controle Processen. Belangrijke informatie wordt opgeslagen in het werkgeheugen. Informatie die lang genoeg in het werkgeheugen aanwezig blijft wordt in het Referentie Geheugen opgenomen. Later kan het voorkomen dat opgeslgane informatie weer nodig is, waarop die informatie uit het referentie geheugen naar het werkgeheugen wordt overgebracht. Opgeslagen informatie kan indien lange tijd niet gebruikt via controle processen worden vergeten.
Maar hoe werkt het geheugen nu precies? Een groot deel van het zenuwstelsel bestaat uit zenuwcellen, de rest zijn cellen die de zenuwcellen helpen (zogenaamde glia). Op de een of andere manier kunnen een deel van de zenuwcellen worden gebruikt om dingen te onthouden. Waar in de hersenen dat nu gebeurt is moeilijk te zeggen, maar er is een gebied dat absoluut een belangrijke rol speelt in het omzetten van werkgeheugen naar referentiegeheugen. De rol van dit gebied, is ontdekt bij een patient met zware epilepsie, een ziekte waarbij hele grote hersendelen steeds tijdelijk uitvallen.
Deze patient, had zulke zware epilepsie, dat hij niet meer goed kon functioneren in de maatschappij. Er werd besloten om het hersendeel dat de epilepsie bij hem veroorzaakte te verwijderen. Dit hersendeel, de hippocampus bleek een belangrijke rol in het leer -en geheugenproces te hebben. Meneer H.M. ging wat betreft de epilepsie enorm vooruit, maar hij verloor echter wel het vermogen om nieuwe informatie in het referentiegeheugen op te nemen. Hij was echt onhoudbaar voor de zusters in het ziekenhuis, daar hij iedere 5 minuten de zuster belde om te vragen wat hij daar deed. Na een verhuizing kon hij ook niet wennen aan de weg naar zijn nieuwe huis en hij bleef maar naar zijn oude huis terugkomen. Wel kon hij nog nieuwe handelingen leren. Zonder te weten dat hij eerder al les had gehad, leerde hij in enkele lessen in spiegelbeeld te tekenen, maar hij begreep niet waarom hij dat kon. De overgang van werkgeheugen naar het declaratieve deel van zijn referentie geheugen was dus verstoord, terwijl de overgang naar het procedureel geheugen nog intact was.
De informatie opgeslagen in het werkgeheugen is erg kwetsbaar. De informatie bevindt zich dan nog in de vorm van electrische impulsen en is makkelijk uitwisbaar door storende invloeden, zoals sterke zintuigelijke prikkels. Is informatie eenmaal in vastere vorm opgeslagen kan het moeilijker uitgewist worden. Een voorbeeld dat dit aantoont is de situatie die ontstaat als een fietser bij een ongeluk een hersenschudding oploopt en naderhand de toedracht van het ongeluk niet meer kan herinneren. Zijn werkgeheugen heeft dan de gebeurtenissen van vlak vóór en tijdens het ongeluk nog niet verwerkt. We zeggen dan dat de fietser lijdt aan een vorm van amnesie. Bij een zware hersenschudding kan die periode van amnesie zelfs een stuk langer zijn.
Hoe het nu kan dat de zenuwcellen informatie kunnen opslaan? Er zijn hier meerdere theoriën voor. Eén theorie die dit kan verklaren stelt dat informatie wordt opgeslagen via de verbindingen die de uitlopers (axonen) van de ene zenuwcel maken met het cellichaam van een andere zenuwcel (figuur 2). Deze verbindingen, synapsen genaamd, kunnen na een aantal keren sterk gebruikt te zijn, sterker worden. De versterking van zo'n synaps staat bekend als potentiatie. Er zijn verschillende vormen van potentiatie bekend, te weten lange termijn (LTP) en korte termijn (STP) potentiatie. Van korte termijn potentiatie denkt men dat het erg belangrijk is bij het werkgeheugen. Het referentiegeheugen zou meer gebruik maken van lange termijn potentiatie. Momenteel is men druk bezig met het onderzoeken hoe deze potentiaties precies tot stand komen. Waarschijnlijk heeft het iets te maken met het vrijkomen van Ca2+ uit opslagblaasjes in de ontvangende cel, maar hoe het precies werkt weet men nog niet.
Uiteraard hoopt men om in de toekomst precies uiteen te rafelen hoe het geheugen proces werkt. Als men daar ooit in slaagt, zullen de wetenschappers misschien storingen aan het geheugen beter kunnen behandelen. Grote groepen mensen leiden aan geheugen storingen als Alzheimer's ziekte (Dementie), epilepsie (wat zich vaak in de hippocampus ontwikkeld en daar het geheugen stoort) en allerlei vormen van amnesie.
FIGUUR 2: BOVEN: Schematische vereenvoudigde weergave van een synaps. De zenuw afkomstig van zenuwcel A heeft een synaps op zenuwcel B. ONDER: Vergroting van de synaps van zenuwcel A op zenuwcel B.
