Jak odzyskać utracone wspomnienia 07.06.2015

Najczęściej mówiąc o amnezji mają na myśli jej odmianę przednią lub wsteczną. Łatwo je rozróżnić: amnezja następcza - naruszenie pamięci o tym, co wydarzyło się po wystąpieniu choroby; wsteczny - upośledzona pamięć o tym, co wydarzyło się przed wystąpieniem choroby. Oba mogą przydarzyć się osobie z powodu uszkodzenia mózgu, silnego stresu lub ciężkiej choroby neurologicznej (na przykład zespołu Alzheimera). Oczywiście konkretną przyczyną amnezji jest to, że niektóre neurony związane z rejestrowaniem i przechowywaniem informacji z jakiegoś powodu przestają działać tak, jak powinny. Ale jaka jest istota tych problemów? Niektórzy (i większość) bronią hipotezy, że informacje są po prostu tracone z obwodów neuronowych, tak że nie można ich odzyskać. Inni uważają, że mamy tu do czynienia z problemem dostępu, że informacja wciąż znajduje się w magazynie mózgu, ale została zablokowana i nie możemy się do niej dostać.

Najwyraźniej hipoteza o zablokowanym dostępie jest nadal prawdziwa - na jej korzyść przemawiają wyniki eksperymentów Susumu Tonegawy i pracowników jego laboratorium w Massachusetts Institute of Technology. Sam Tonegawa otrzymał Nagrodę Nobla w 1987 roku za odkrycie genetycznej zasady powstawania różnorodności przeciwciał, ale potem przeszedł na mechanizmy pamięci komórkowej. I tutaj on i jego koledzy odnieśli wybitny sukces. Na przykład w zeszłym roku opublikowali kilka artykułów, w których opisali, jak mózg zapamiętuje sekwencję zdarzeń i jak poprawia się pamięć robocza, gdy nagle zdajemy sobie sprawę, że zrobiliśmy coś złego. Wreszcie, w zeszłorocznym artykule Nature, mówili o przeprogramowaniu pamięci emocjonalnej: wpływając na neurony hipokampa, naukowcy byli w stanie dosłownie zmienić złe wspomnienia w dobre.

W 2012 roku grupa Tonegawy była w stanie potwierdzić istnienie komórek engramowych w hipokampie (jednym z głównych ośrodków pamięci). Engram rozumiany jest jako ślad pozostawiony przez bodziec; jeśli mówimy o neuronach, to powtarzający się sygnał - dźwięk, zapach, określone środowisko itp. - powinien wywołać w nich pewne zmiany fizyczne i biochemiczne. Jeśli bodziec zostanie następnie powtórzony, wówczas aktywuje się „ślad”, a komórki, w których jest obecny, przywołają z pamięci całą pamięć. Innymi słowy, nasze neurony engramowe („kluczowe”) są odpowiedzialne za dostęp do zapisanych informacji i aby mogły działać samodzielnie, muszą być pod wpływem sygnału kluczowego. Ale dodatkowo takie komórki muszą być w stanie jakoś zachować ślady bodźców. W praktyce oznacza to, że synapsy międzykomórkowe powinny zostać wzmocnione między komórkami engramowymi: im są one silniejsze, tym pewniej sygnał będzie przechodził między nimi, tym silniejsze neurony zapamiętają określony bodziec. Jednak do niedawna nie było tu żadnych eksperymentalnych potwierdzeń – nikt nie wiedział, czy rzeczywiście w takich neuronach zachodzą określone zmiany biochemiczne związane z zapamiętywaniem bodźca.

Naukowcy wykorzystali te same metody optogenetyki, które pozwoliły im kilka lat temu potwierdzić samo istnienie „kluczowych” komórek. Przypomnijmy, że istotą optogenetyki jest to, że neuron wprowadza światłoczułe białko, które tworzy kanał jonowy w błonie komórkowej: sygnał świetlny otwiera kanał, jony są rozprowadzane po obu stronach błony, a neuron albo „włącza się” albo „zasypia”, w zależności od tego, co jest potrzebne w konkretnym doświadczeniu. Najpierw znaleźli komórki w hipokampie myszy, które włączały wspomnienia, gdy same zostały aktywowane przez światło. Komórki te, jak piszą autorzy pracy w swoim artykule w Science, naprawdę wzmocniły połączenia międzykomórkowe - innymi słowy, razem tworzyły przełącznik neuronowy, który na sygnał otwierał dostęp do pewnego bloku informacji. Zwiększony kontakt międzykomórkowy oznacza, że ​​komórka potrzebuje więcej białek obsługujących synapsę, czyli wszystko zależy od procesu biosyntezy białek. Synteza w neuronach została wyłączona antybiotykiem i zrobiono to natychmiast po tym, jak mysz zapamiętała coś. Synapsy w tym przypadku pozostały kruche, a co najważniejsze, następnego dnia mysz nie pamiętała niczego, gdy była wystawiona na ten sam bodziec, który był aktywny podczas treningu. Okazało się, że jest to prawdziwa amnezja wsteczna - pamięć o tym, co wydarzyło się przed antybiotykoterapią, zniknęła i nie można było jej przywrócić za pomocą zwykłych bodźców.

Ale te same komórki engramowe, które miały reagować na kluczowy bodziec i które milczały z powodu osłabionych synaps, zawierały modyfikacje optogenetyczne. A teraz, jeśli zostały aktywowane za pomocą impulsu świetlnego, wróciła pamięć zwierząt. Jeśli odrzucimy szczegóły dotyczące specjalnych komórek przełączających, synaps i syntezy białek, okazuje się, że neuronaukowcy przywrócili pamięć za pomocą błysku światła do mózgu.

Jednak nacisk powinien być nadal kładziony na neurony engramowe, bez względu na to, jak dziwna może wydawać się ich nazwa dla niezwykłego słuchu. Wcześniej laboratorium Tonegawy było w stanie wykazać, że nie tylko jedna komórka jest odpowiedzialna za włączenie pamięci, ale obwód neuronowy kilku takich neuronów. Na podstawie nowych danych naukowcy proponują następujący schemat organizacji pamięci w mózgu ssaków (i być może ogólnie u większości zwierząt z ośrodkowym układem nerwowym). Jego głównym założeniem jest to, że za przechowywanie i aktywację pamięci odpowiadają różne struktury – grupy komórek engramów zajmują się innymi obwodami neuronalnymi przechowującymi bloki informacji, a neurony aktywujące można w pewnym sensie porównać z bibliotekarzami wypożyczającymi książki na żądanie. Co więcej, relacje między neuronami aktywującymi a neuronami magazynującymi mogą być różne, na przykład jedna sieć aktywująca może działać na kilka jednostek pamięci jednocześnie, a konkretne relacje między nimi i innymi nadal wymagają odpowiedniego zbadania.

Oczywiście nie oznacza to, że pogorszenie lub utrata pamięci wynika wyłącznie z nieprawidłowego działania komórek engramów, problemy mogą się również zacząć w „pamięci głównej”. Jednak z praktycznego punktu widzenia nadal przydatna jest wiedza, na które komórki nerwowe należy działać, aby przywrócić dawno zapomniane wspomnienia, ponieważ może się zdarzyć, że same wspomnienia nie zniknęły, wystarczy „ obudź się” komórki, które są za nie odpowiedzialne.