Po prvi put, studija na pacovima razdvojila je ulogu hipokampusa u dve funkcije pamćenja – jednu koja pamti veze između vremena, mesta i onoga što je neko uradio, i drugu koja omogućava predviđanje ili planiranje budućih akcija na osnovu prošlih iskustava.
Proboj otkriva da se ova dva memorijska zadatka, oba kodirana u hipokampusu, mogu razdvojiti. Ovo otkriće ima važne implikacije za jednodnevno lečenje problema sa pamćenjem i učenjem kod demencije i Alchajmerove bolesti.
Studija „Asocijativni i prediktivni kodovi hipokampusa podržavaju ponašanja vođena memorijom“, koja je objavljena u časopisu Science, koristila je napredne optogenetičke tehnike za onemogućavanje jedne vrste memorije uz održavanje druge.
„Otkrili smo da dva različita neuronska koda podržavaju ove veoma važne aspekte pamćenja i kognicije i da se mogu razdvojiti, kao što smo eksperimentalno uradili“, rekao je Antonio Fernandez-Ruiz, docent neurobiologije i ponašanja, i porodični istraživač Nensi i Pitera Majniga u nauke o životu, na Koledžu umetnosti i nauka (A&S). Azahara Oliva, docent neurobiologije i ponašanja (A&S), glavni je saradnik i koautor studije.
Jedna vrsta neuronskog koda kontroliše sposobnost stvaranja asocijacija, kao što je pamćenje da se jabuke prodaju u susedskoj prodavnici. Drugi tip je prediktivni i uključuje sposobnost fleksibilnog korišćenja memorije za planiranje novog ponašanja; na primer, ako uvek putujete istom rutom do prodavnice, ali jednog dana put je zatvoren, možete koristiti internu memorisanu mapu komšiluka da biste predvideli novu rutu.
Do sada niko nije znao kako hipokampus podržava ove funkcije i da li je postojao odnos između njih.
U studiji, istraživači su razvili sistem koji je koristio mnoge elektrode postavljene u mozak pacova kako bi pratili aktivnost mnogih neurona istovremeno dok se pacov bavio nekim ponašanjem. Zatim je tim koristio optogenetiku da vrlo precizno kontroliše aktivnost neurona. Da bi to uradili, istraživači ubrizgavaju virus u mozak pacova, koji inficira neurone tako da oni eksprimiraju veštački protein koji može da aktivira ili utiša (u zavisnosti od vrste proteina) te neurone kada se svetlost upali u mozak.
Istraživači su prilagodili ovu metodu da bi selektivno uznemirili, ali ne i potpuno utišali, skup neurona. Na taj način bi mogli da utiču na određene neurone, a da ne menjaju opšta svojstva mozga.
Koristili su ovu metodu da uznemire region u hipokampusu uključen u učenje novog zadatka, kao što je putovanje od tačke A do tačke D. Kada se pacov kreće duž novog okruženja, neuroni kodiraju prekretnice—kao što je pacov skrenuo ulevo u tački B, a desno u tački C, da stigne do D, gde je bila nagrada.
„Taj niz koraka je kodiran u mozgu kao sekvenca pokretanja ćelija“, rekao je Fernandez-Ruiz. „Način na koji ćemo to zapamtiti u budućnosti je da kada spavamo, isti niz aktivnosti se ponavlja, tako da će isti neuroni koji kodiraju [put] aktivirati istim redosledom.“
Uznemiravajući region hipokampusa, istraživači su uspeli da skrembaju sekvencu neurona koji pucaju duž tog puta. Kada su spavali, neuroni nisu uspeli da se aktiviraju u nizu da bi učvrstili sećanje. Pacov je mogao da se seti lokacija tačaka A i D, ali je izgubljen put za prelazak od jedne do druge. Na ovaj način su zadržani asocijativni aspekti pamćenja, ali je izgubljen njegov prediktivni deo.
U jednom eksperimentu, pacovi sa poremećenim hipokampusom morali su da istražuju lavirint i svaki dan pronađu novi put kako bi prikupili nagradu. „To ponašanje zahtevalo je od njega da formira mapu, i zahtevalo je sposobnost planiranja i predviđanja, i zapamtilo ga da vodi svoje kretanje“, rekao je Fernandez-Ruiz. Uz manipulaciju svojim hipokampom, pacovi nisu mogli da se sete kako da dobiju nagradu.
U drugom eksperimentu, pacovi su morali da nauče da povežu određenu lokaciju u okruženju sa nagradom. Kada su prediktivne sposobnosti bile narušene, ova asocijativna memorija je ostala netaknuta. Istraživači su dokazali da mogu razdvojiti ove dve vrste memorije.
Nalazi imaju implikacije za lečenje Alchajmerove bolesti i drugih oblika demencije, gde pacijenti doživljavaju neuralnu degeneraciju hipokampusa, kao i probleme sa pamćenjem i navigacijom.
„Gledajući koji tip memorijskog deficita se javlja kod pacijenta“, rekao je Fernandez-Ruiz, „možemo pokušati da zaključimo koji tip osnovnog neuronskog mehanizma je ugrožen, što će nam pomoći da razvijemo ciljanije intervencije.“
