Οι επιστήμονες παρακολουθούν μια μορφή μνήμης σε έναν ζωντανό εγκέφαλο

Φανταστείτε ότι ενώ απολαμβάνετε το πρωινό σας μπολ Cheerios, μια αράχνη πέφτει από το ταβάνι και πέφτει στο γάλα. Χρόνια αργότερα, δεν μπορείτε ακόμα να πλησιάσετε ένα μπολ με δημητριακά χωρίς να νιώθετε αηδία.

Οι ερευνητές έχουν τώρα άμεσα παρατηρήσει τι συμβαίνει μέσα σε έναν εγκέφαλο μαθαίνοντας αυτό το είδος συναισθηματικά φορτισμένης απόκρισης. Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε τον Ιανουάριο στο Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών , μια ομάδα στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνια μπόρεσε να οπτικοποιήσει αναμνήσεις που σχηματίζονται στον εγκέφαλο ψαριών εργαστηρίου, απεικονίζοντάς τες στο μικροσκόπιο καθώς άνθιζαν με όμορφα φωσφορίζοντα χόρτα. Από προηγούμενη εργασία, περίμεναν ότι ο εγκέφαλος θα κωδικοποιούσε τη μνήμη τροποποιώντας ελαφρά τη νευρική αρχιτεκτονική του. Αντίθετα, οι ερευνητές έμειναν έκπληκτοι όταν βρήκαν μια σημαντική αναμόρφωση στις συνδέσεις.

Αυτό που είδαν ενισχύει την άποψη ότι η μνήμη είναι ένα περίπλοκο φαινόμενο που περιλαμβάνει ένα σωρό μονοπάτια κωδικοποίησης. Ωστόσο, υποδηλώνει περαιτέρω ότι ο τύπος της μνήμης μπορεί να είναι κρίσιμος για τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος επιλέγει να την κωδικοποιήσει - ένα συμπέρασμα που μπορεί να υποδηλώνει γιατί ορισμένα είδη τραυματικών αντιδράσεων είναι τόσο επίμονα και τόσο δύσκολο να ξεμαθηθούν.

«Μπορεί αυτό που εξετάζουμε να είναι το ισοδύναμο μιας κίνησης στερεάς κατάστασης» στον εγκέφαλο, δήλωσε ο συν-συγγραφέας Scott Fraser, ποσοτικός βιολόγος στο USC. Ενώ ο εγκέφαλος καταγράφει ορισμένους τύπους αναμνήσεων σε μια πτητική, εύκολα διαγραφόμενη μορφή, οι μνήμες που προκαλούν φόβο μπορεί να αποθηκευτούν πιο δυνατά, κάτι που θα μπορούσε να βοηθήσει να εξηγηθεί γιατί χρόνια αργότερα, μερικοί άνθρωποι μπορούν να ανακαλέσουν μια ανάμνηση σαν να την ξαναζούσαν, είπε. /P>

Η μνήμη έχει μελετηθεί συχνά στον φλοιό, που καλύπτει την κορυφή του εγκεφάλου των θηλαστικών, και στον ιππόκαμπο στη βάση. Αλλά έχει εξεταστεί λιγότερο συχνά σε βαθύτερες δομές όπως η αμυγδαλή, το κέντρο ρύθμισης του φόβου του εγκεφάλου. Η αμυγδαλή είναι ιδιαίτερα υπεύθυνη για τις συνειρμικές αναμνήσεις, μια σημαντική κατηγορία συναισθηματικά φορτισμένων αναμνήσεων που συνδέουν ανόμοια πράγματα - όπως αυτή η αράχνη στα δημητριακά σας. Αν και αυτός ο τύπος μνήμης είναι πολύ κοινός, ο τρόπος με τον οποίο σχηματίζεται δεν είναι καλά κατανοητός, εν μέρει επειδή εμφανίζεται σε μια σχετικά απρόσιτη περιοχή του εγκεφάλου.

Ο Fraser και οι συνεργάτες του είδαν την ευκαιρία να ξεπεράσουν αυτόν τον ανατομικό περιορισμό και να μάθουν περισσότερα για το σχηματισμό συνειρμικής μνήμης χρησιμοποιώντας ψάρια ζέβρα. Τα ψάρια δεν έχουν αμυγδαλή όπως τα θηλαστικά, αλλά έχουν μια ανάλογη περιοχή που ονομάζεται πάλλιο όπου σχηματίζονται συνειρμικές μνήμες. Το πάλλιο είναι πολύ πιο προσιτό για μελέτη, εξήγησε ο Fraser:Ενώ ένας αναπτυσσόμενος εγκέφαλος θηλαστικού μεγαλώνει απλά μεγαλώνοντας - «φουσκώνοντας σαν να είναι μπαλόνι» - ο εγκέφαλος του ψαριού ζέβρας μετατρέπεται σχεδόν προς τα έξω «σαν πυρήνα ποπ κορν, έτσι αυτά τα βαθιά κέντρα βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια όπου μπορούμε να τα απεικονίσουμε». Επιπλέον, οι προνύμφες ψαριών ζέβρας είναι διαφανείς, έτσι οι ερευνητές μπορούν να κοιτάξουν απευθείας στον εγκέφαλό τους.

Οι νευροεπιστήμονες γενικά συμφωνούν ότι ο εγκέφαλος σχηματίζει αναμνήσεις τροποποιώντας τις συνάψεις του - τις μικροσκοπικές συνδέσεις όπου συναντώνται οι νευρώνες. Αλλά οι περισσότεροι πιστεύουν ότι το κάνει κυρίως τροποποιώντας την ισχύ των συνδέσεων ή πόσο έντονα ένας νευρώνας διεγείρει τον επόμενο, είπε ο Fraser.

Έτσι, για να γίνει ορατή αυτή η διαδικασία, ο Fraser και η ομάδα του κατασκεύασαν γενετικά ψάρια ζέβρα για να παράγουν νευρώνες με έναν δείκτη φθορίζουσας πρωτεΐνης συνδεδεμένο στις συνάψεις τους. Η πρωτεΐνη-δείκτης, που δημιουργήθηκε στο εργαστήριο του Don Arnold, καθηγητή βιολογικών επιστημών και βιολογικής μηχανικής στο USC, φωσφόρισε κάτω από το αμυδρό φως λέιζερ ενός προσαρμοσμένου μικροσκοπίου:Η πρόκληση ήταν «να μπορέσουμε να κρυφακούσουμε κάτι καθώς συμβαίνει, αλλά χρησιμοποιήστε όσο το δυνατόν λιγότερο φως για να αποφύγετε να καψαλίσετε τα πλάσματα, είπε ο Fraser. Στη συνέχεια, οι ερευνητές μπορούσαν να δουν όχι μόνο τη θέση των μεμονωμένων συνάψεων αλλά και τη δύναμή τους — όσο πιο έντονο είναι το φως, τόσο ισχυρότερη ήταν η σύνδεση.

Για να προκαλέσουν μια ανάμνηση, ο Fraser και η ομάδα του έθεσαν τις προνύμφες των ψαριών ζέβρας ώστε να συσχετίσουν το φως με την άβολη θέρμανση, όπως ο Ρώσος φυσιολόγος του 19ου αιώνα, Ivan Pavlov, προμήθευσε τα σάλια του στα σκυλιά του περιμένοντας μια λιχουδιά όταν άκουσαν τον ήχο ενός κουδούνι. Οι προνύμφες των ψαριών ζέβρας έμαθαν να προσπαθούν να κολυμπήσουν μακριά όποτε έβλεπαν το φως. (Στο πείραμα, τα κεφάλια των προνυμφών ήταν ακινητοποιημένα, αλλά οι ουρές τους ήταν ελεύθερες να περιστρέφονται ως ένδειξη της μαθημένης συμπεριφοράς.) Οι ερευνητές απεικόνισαν το πάλλιο πριν και μετά την εκμάθηση των ψαριών και ανέλυσαν τις αλλαγές στη δύναμη και τη θέση της σύναψης.

Σε αντίθεση με την προσδοκία, οι συναπτικές δυνάμεις στο παλλίιο παρέμειναν περίπου οι ίδιες ανεξάρτητα από το αν τα ψάρια έμαθαν κάτι. Αντίθετα, στα ψάρια που έμαθαν, οι συνάψεις κλαδεύτηκαν από ορισμένες περιοχές του παλλίου — δημιουργώντας ένα αποτέλεσμα «όπως το κόψιμο ενός δέντρου μπονσάι», είπε ο Φρέιζερ — και επαναφυτεύτηκαν σε άλλες.

Προηγούμενες μελέτες έχουν υποδείξει μερικές φορές ότι οι αναμνήσεις μπορούν να δημιουργηθούν μέσω της προσθήκης και της διαγραφής συνάψεων - αλλά αυτή η απεικόνιση του εγκεφάλου σε πραγματικό χρόνο και μεγάλης κλίμακας υποδηλώνει ότι αυτή η μέθοδος σχηματισμού μνήμης μπορεί να είναι πολύ πιο σημαντική από ό,τι κατάλαβαν οι ερευνητές. Αν και δεν είναι οριστική απόδειξη, «νομίζω ότι παρέχει συναρπαστικά στοιχεία» ότι αυτός θα μπορούσε να είναι ένας σημαντικός τρόπος με τον οποίο ο εγκέφαλος σχηματίζει αναμνήσεις, δήλωσε ο Tomás Ryan, νευροεπιστήμονας στο Trinity College του Δουβλίνου, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.

Για να συμβιβάσουν τα αποτελέσματα της νέας τους μελέτης με τις αρχικές προσδοκίες τους για το σχηματισμό μνήμης, οι Fraser, Arnold και η ομάδα τους υποθέτουν ότι ο τύπος της μνήμης μπορεί να κατευθύνει τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος επιλέγει να την κωδικοποιήσει. Αυτά τα «συνειρμικά γεγονότα που εξετάσαμε μπορεί να είναι το πιο δυνατό είδος αναμνήσεων», είπε ο Fraser. Για τα ψάρια που κάνουν ή πεθαίνουν, επομένως "δεν είναι πολύ περίεργο το γεγονός ότι μπορείτε να κωδικοποιήσετε αυτές τις δυνατές αναμνήσεις με πολύ δυνατό τρόπο."

Αλλά αυτό που είναι κατάλληλο για το κλείδωμα σε αναμνήσεις που προκαλούν φόβο μπορεί να μην είναι το καλύτερο για πιο κοσμικούς τύπους αναμνήσεων. Όταν μαθαίνετε να προφέρετε το όνομα κάποιου, πιθανότατα "δεν θα θέλατε να βγάζετε συνάψεις από τον εγκέφαλό σας και να προσθέτετε νέες", είπε ο Fraser.

Ο Fraser και η ομάδα του ελπίζουν ότι αυτό το μοντέλο θα μπορούσε τελικά να τους βοηθήσει να εξετάσουν τους μηχανισμούς που εμπλέκονται στις αναμνήσεις που προκαλούν τη διαταραχή μετατραυματικού στρες και ότι μπορεί να οδηγήσει ακόμη και σε πιθανές στρατηγικές για τον μετριασμό αυτής της κατάστασης.

Αλλά είναι πιθανό τα ευρήματα να έχουν να κάνουν περισσότερο με την ηλικία του ψαριού ζέβρα παρά με τον τύπο της μνήμης που σχηματίστηκε, είπε ο Κλιφ Αβραάμ, καθηγητής ψυχολογίας στο Πανεπιστήμιο του Οτάγκο στη Νέα Ζηλανδία, ο οποίος επίσης δεν συμμετείχε στη μελέτη. «Γνωρίζουμε ότι υπάρχει πολύ κλάδεμα και συναπτική αναδιοργάνωση ως αποτέλεσμα της εμπειρίας κατά την ανάπτυξη σε διάφορα μέρη του εγκεφάλου», είπε ο Αβραάμ. Εάν οι ερευνητές κοιτάξουν τα ενήλικα ψάρια ζέβρα - κάτι που είναι πιο δύσκολο επειδή είναι λιγότερο διαφανή και έχουν μεγαλύτερο εγκέφαλο - μπορεί να λάβουν διαφορετικά αποτελέσματα.

Η εφημερίδα είναι μια «τεχνική περιοδεία», πρόσθεσε, αλλά είναι μόνο ένα κομμάτι του παζλ για το πώς σχηματίζονται οι αναμνήσεις, και υπάρχουν ακόμη πολλά αναπάντητα ερωτήματα, όπως πόσο καιρό αυτές οι αναμνήσεις και οι συναπτικές αλλαγές επιμένουν στα ψάρια ζέβρα .

Οι ερευνητές ελπίζουν να δουν εάν τα ευρήματα μεταφράζονται σε ζώα με μεγαλύτερο εγκέφαλο, ακόμη και σε θηλαστικά, και να εξετάσουν πώς αυτά τα ψάρια ζέβρα και άλλα ζώα δημιουργούν αναμνήσεις που είναι λιγότερο φορτισμένες συναισθηματικά ή τραυματικές.

«Νομίζω ότι όλοι έχουν σκεφτεί ότι υπάρχει μια ολόκληρη σειρά τρόπων με τους οποίους ένας εγκέφαλος θα μπορούσε να αποθηκεύσει αναμνήσεις», είπε ο Fraser. «Η ομορφιά είναι ότι όλοι τους έχουν δίκιο. Και το ερώτημα θα είναι:Πώς λειτουργούν όλα μαζί;»