Zamislite trenutak kada ste imali dva različita, ali slična iskustva u kratkom periodu. Možda ste prisustvovali dve praznične zabave u istoj nedelji ili održali dve prezentacije na poslu. Ubrzo nakon toga, možda ćete se naći da zbunjujete to dvoje, ali kako vreme odmiče ta konfuzija se povlači i vi ste sposobniji da razlikujete ova različita iskustva.
Novo istraživanje objavljeno u časopisu Nature Neuroscience otkriva da se ovaj proces dešava na ćelijskom nivou, a nalazi su kritični za razumevanje i lečenje poremećaja pamćenja, kao što je Alchajmerova bolest.
Istraživanje se fokusira na engrame, koji su neuronske ćelije u mozgu koje čuvaju memorijske informacije. „Engrami su neuroni koji se ponovo aktiviraju da bi podržali prisjećanje na pamćenje“, kaže Dheeraj S. Roi, dr., jedan od starijih autora rada i docent na Odsjeku za fiziologiju i biofiziku na Jacobs School of Medicine i Biomedicine nauke na Univerzitetu u Bafalu. „Kada su engrami poremećeni, dobijate amneziju.“
U minutima i satima koji odmah prate iskustvo, objašnjava on, mozak treba da konsoliduje engram da bi ga sačuvao. „Hteli smo da znamo: šta se dešava tokom ovog procesa konsolidacije? Šta se dešava između vremena kada se engram formira i kada kasnije treba da se prisetite tog sećanja?“
Istraživači su razvili računarski model za učenje i formiranje pamćenja koji počinje senzornim informacijama, koje su stimulans. Kada ta informacija stigne do hipokampusa, dela mozga u kome se formiraju sećanja, aktiviraju se različiti neuroni, od kojih su neki ekscitatorni, a drugi inhibitorni.
Kada se neuroni aktiviraju u hipokampusu, neće se svi aktivirati odjednom. Kako se sećanja formiraju, neuroni koji se slučajno aktiviraju tokom vremena postaju deo engrama i jačaju njihovu povezanost kako bi podržali buduće prisećanje.
„Aktivacija ćelija engrama tokom prizivanja memorije nije proces svih ili ništa, već obično treba da dostigne prag (tj. procenat originalnog engrama) za efikasno prisjećanje“, objašnjava Roi. „Naš model je prvi koji pokazuje da populacija engrama nije stabilna: broj ćelija engrama koje se aktiviraju tokom prizivanja opada s vremenom, što znači da su dinamične prirode, pa je sledeće kritično pitanje bilo da li je to imalo posledice u ponašanju. .“
„Tokom perioda konsolidacije nakon učenja, mozak aktivno radi na razdvajanju dva iskustva i to je verovatno jedan od razloga zašto se broj aktiviranih engramskih ćelija smanjuje tokom vremena za jednu memoriju“, kaže on. „Ako je tačno, ovo bi objasnilo zašto se diskriminacija pamćenja poboljšava kako vreme odmiče. Kao da je vaše sećanje na iskustvo u početku bilo jedan veliki autoput, ali tokom vremena, tokom perioda konsolidacije od nekoliko minuta do sati, vaš mozak deli ih na dve trake tako da možete razlikovati dve trake.“
Roj i eksperimentalisti u timu su sada imali hipotezu koja se može proveriti, koju su sproveli koristeći dobro uspostavljen eksperiment ponašanja sa miševima. Miševi su nakratko bili izloženi dve različite kutije koje su imale jedinstvene mirise i uslove osvetljenja; jedno je bilo neutralno okruženje, ali u drugom boksu su dobili blagi šok stopala.
Nekoliko sati nakon tog iskustva, miševi, koji se obično stalno kreću, pokazali su sećanje na strah smrzavajući se kada su bili izloženi bilo kojoj kutiji. „To je pokazalo da ne mogu da prave razliku između njih dvoje“, kaže Roj. „Ali u dvanaest sati, odjednom su pokazali strah tek kada su bili izloženi kutiji u kojoj im je bilo neprijatno tokom prvog iskustva. Bili su u stanju da razlikuju to dvoje. Životinja nam govori da oni to znaju. kutija je strašna, ali pet sati ranije to nisu mogli da urade.“
Koristeći tehniku osetljivu na svetlost, tim je uspeo da otkrije aktivne neurone u hipokampusu miša dok je životinja istraživala kutije. Istraživači su koristili ovu tehniku za označavanje aktivnih neurona i kasnije merenje koliko ih je mozak reaktivirao radi opoziva. Takođe su sproveli eksperimente koji su omogućili da se jedna ćelija engrama prati kroz iskustva i vreme. „Dakle, mogu da vam kažem bukvalno kako je jedna ćelija engrama ili njihov podskup reagovao na svako okruženje tokom vremena i da to povežem sa njihovom diskriminacijom pamćenja“, objašnjava Roj.
Početne računarske studije tima predviđale su da će se broj engramskih ćelija uključenih u jednu memoriju vremenom smanjivati, a eksperimenti na životinjama su to potvrdili.
„Kada mozak nešto nauči prvi put, on ne zna koliko je neurona potrebno i tako se namerno regrutuje veći podskup neurona“, objašnjava on. „Kako mozak stabilizuje neurone, konsolidujući memoriju, on odseca nepotrebne neurone, tako da ih je potrebno manje i na taj način pomaže da se odvoje engrami za različita sećanja.
Nalazi imaju direktnu relevantnost za razumevanje šta ide po zlu kod poremećaja pamćenja, kao što je Alchajmerova bolest. Roj objašnjava da je za razvoj tretmana za takve poremećaje ključno znati šta se dešava tokom početnog formiranja memorije, konsolidacije i aktivacije engrama za prisećanje.
„Ovo istraživanje nam govori da je vrlo verovatan kandidat za razlog zašto dolazi do poremećaja pamćenja da nešto nije u redu sa ranim prozorom nakon formiranja memorije gde se engrami moraju menjati“, kaže Roj.
Trenutno proučava mišje modele rane Alchajmerove bolesti kako bi otkrio da li se engrami formiraju, ali nisu pravilno stabilizovani. Sada kada se više zna o tome kako engrami rade na formiranju i stabilizaciji sećanja, istraživači mogu da ispitaju koji geni se menjaju u životinjskom modelu kada se populacija engrama smanji.
„Možemo da pogledamo modele miša i pitamo da li postoje specifični geni koji su izmenjeni? I ako je tako, onda konačno imamo nešto da testiramo, možemo da moduliramo gen za ove procese ‘prečišćavanja’ ili ‘konsolidacije’ engrama da vidimo da li to ima ulogu u poboljšanju performansi memorije“, kaže on.
Sada u školi Džejkobs, Roj je sproveo istraživanje dok je bio saradnik McGovern na Širokom institutu Masačusetskog tehnološkog instituta (MIT) i Univerzitetu Harvard. Roj je jedan od tri neuronaučnika koji su ove godine angažovani u školi Džejkobs da pokrenu novi fokus na sistemsku neuronauku na školskom odseku za fiziologiju i biofiziku.
Koautori na radu su sa Imperijal koledža u Londonu; Institut nauke i tehnologije u Austriji; McGovern institut za istraživanje mozga na MIT-u; i Centar za životne nauke i IDG/McGovern institut za istraživanje mozga na Univerzitetu Tsinghua u Kini.
