kun kuuluisaksi tullut neurologinen potilas Henry Molaison leikkautti aivojensa hippokampuksen kohtausten hoitoon vuonna 1953, tieteen ymmärrys muistista sai epähuomiossa ehkä suurimman vahvistuksensa koskaan. Molaison menetti kyvyn muodostaa uusia muistoja tapahtumista, ja hänen muistikuvansa kaikesta, mitä oli tapahtunut edellisen vuoden aikana, heikkeni vakavasti. Muihin muistityyppeihin, kuten fyysisten taitojen oppimiseen, ei ollut vaikutusta, mikä viittaa siihen, että hippokampus käsittelee nimenomaan tapahtumien muistamista—niin sanottuja episodisia muistoja.
muiden hippokampaalivaurioista kärsivien potilaiden jatkotutkimukset vahvistivat tuoreiden muistikuvien heikentyneen enemmän kuin kaukaisten. Näyttää siltä, että hippokampus tarjoaa väliaikaisen varastoinnin uutta tietoa, kun taas muut alueet voivat käsitellä pitkän aikavälin muistia. Tapahtumat, jotka pystymme myöhemmin muistamaan, näyttävät kanavoituvan pysyvämpään varastointiin aivokuoressa (aivojen ulommissa kerroksissa, jotka vastaavat korkeammista toiminnoista, kuten suunnittelusta ja ongelmanratkaisusta). Aivokuoressa nämä muistot muodostuvat vähitellen, integroituen niihin liittyvään informaatioon ja rakentaen pysyvää tietoa itsestämme ja maailmasta.
episodiset muistot, jotka on tarkoitettu pitkäaikaiseen säilytykseen, kerääntyvät muodostamaan ”omaelämäkerrallisen” muiston, joka on niin olennainen identiteettimme kannalta. Neurotieteilijät tietävät paljon siitä, miten lyhytkestoiset muistot muodostuvat aivoissa, mutta pitkäaikaissäilytyksen taustalla olevia prosesseja ei vieläkään tunneta hyvin.
tässä kuussa Science–lehdessä julkaistu uusi tutkimus neurotieteilijä Susumu Tonegawalta ja ryhmältä Riken-MIT: n Neuropiirigenetiikan keskuksesta antaa käsityksen siitä, mitä aivoissa tapahtuu, kun pitkäkestoinen muisti muodostuu, ja korostaa aivokuoren etummaisen osan kriittistä roolia. ”Se on tähän mennessä yksityiskohtaisin piirianalyysi etuotsalohkon osuudesta muistinhakuun”, sanoo neurotieteilijä Stephen Maren Texasin a&M University in College Station-yliopistosta, joka ei ollut mukana työssä.
Tonegawan ryhmän uusi tutkimus perustuu aiempaan tutkimukseen, joka osoittaa episodisten muistojen olevan fyysisesti edustettuina hippokampuksen osien solupopulaatioissa. Näissä tutkimuksissa tutkijat geenimanipuloivat hiiriä niin, että tietyt hermosolut tuottivat valolle herkkiä proteiineja. Neuronien sähköiset ja kemialliset toiminnot voitaisiin sitten aktivoida tai kytkeä pois päältä valopulsseilla, jotka saadaan kunkin hiiren kalloon asennetun valokaapelin kautta.tätä tekniikkaa kutsutaan optogenetiikaksi.
langallisille hiirille annettiin lääkettä, joka estää valoherkkien proteiinien tuotannon. Hiirten poistaminen huumeesta mahdollisti solujen palamisen, kun ne tutkivat uutta ympäristöä tehdäkseen proteiineja, tehokkaasti” merkitsemällä ” tuon ympäristön muistin. Näitä soluryhmiä, joita kutsutaan muisti-”engrammeiksi”, voitiin sitten ohjata valokuitusäteillä.
nämä työkalut kädessä tutkijat antoivat hiirille sähköiskuja jalkoihinsa joissakin koteloissa, mutta eivät toisissa. Hiiret jäätyivät, kun ne laitettiin takaisin ympäristöön, jossa ne olivat aiemmin järkyttyneitä, mikä viittaa ”pelkomuistoon.”Kun tutkijat aktivoivat engrammit, tämä herätti saman pelokkaan reaktion. Muistojen tunneperäiset puolet tallennetaan erikseen mantelitumakkeeksi kutsutulle alueelle—mutta engramin aktivoiminen hippokampuksessa aktivoi kaikki toisiinsa liittyvät komponentit tuoden koko muistin takaisin. Tämä on samanlaista kuin se, miten ääni tai haju voi saada aikaan laajan muistikuvan jostakin aiemmasta elämänkokemuksesta.
uudessa tutkimuksessa tutkijat kouluttivat hiiriä yhdistämään tietyn häkin jalkaiskuihin. Sitten heidän muistiaan tapahtuneesta testattiin eri päivinä jopa kolme viikkoa myöhemmin. Tutkijat merkitsivät aivokuoreen Engram-soluja ja aktivoivat ne sitten valolla, mikä sai hiiret paleltumaan ympäristöissä, joissa ne eivät olleet koskaan järkyttyneet. Ryhmä havaitsi, että näitä aivokuoren engrammeja ei voitu aktivoida luonnonvihjeillä (jotka oli sijoitettu takaisin aitaukseen, jossa ne olivat järkyttyneitä) kaksi päivää koulutuksen jälkeen, mutta ne voitiin aktivoida luonnonvihjeillä 13 päivää myöhemmin.
Tämä havainto osoittaa, että vaikka kortikaaliset engrammit muodostuvatkin heti, ne ovat aluksi Tonegawan kutsumassa ”hiljaisessa” tilassa, eli niitä ei voi aktivoida luonnonvihjeillä. Engrammit kypsyvät vasta kaksi viikkoa myöhemmin ”aktiiviseen” tilaan, jossa ne voivat reagoida tällaisiin vihjeisiin. Sen sijaan hippokampuksen Engram—solut aktivoituivat luonnonvikojen vaikutuksesta toisena päivänä jalkasokin saamisen jälkeen, mutta eivät 13.päivänä hippokampuksessa olevat engramit aktivoituvat välittömästi, vaan haalistuvat vähitellen ”hiljaiseen” tilaan.
Tonegawan tutkimus viittaa täydentävien muistijärjestelmien olemassaoloon: yksi mahdollistaa nopean muistin muodostumisen, mutta sillä on rajallinen kapasiteetti, ja siksi on siirrettävä tieto, joka tulisi säilyttää toiseen järjestelmään, joka on pitkäkestoisempi mutta hitaampi. Tämä vapauttaa tilaa hippokampuksessa, joka voidaan sitten käyttää uudelleen. ”On työnjako. Hippokampus voi muodostaa aktiivisia muistoja hyvin nopeasti, kun taas aivokuori huolehtii pitkäaikaisesta vakaudesta”, Tonegawa selittää. ”Jos et tarvitse pitkittynyttä muistia, hippokampus riittää; jos sinun ei tarvitse muodostaa aktiivista muistia nopeasti, aivokuori riittää; mutta haluamme molemmat.”
havainnot selventävät, milloin ja miten aivokuoren muistot muodostuvat. Erään aiemman teorian mukaan informaatio siirtyy hitaasti aivokuoreen, mutta Tonegawan havainnot tukevat vaihtoehtoista ajatusta, että aivokuoren engrammit muodostuvat heti, mutta tarvitsevat aikaa kehittyäkseen. ”Avainkysymys, jonka tämä työ ratkaisee, on se, siirtyvätkö muistikuvat hippokampuksesta aivokuoren säilytyspaikkoihin ajan myötä vai vakiintuvatko ne aivokuoreen oppimisen aikana ja paljastuvat ajan kuluessa”, Maren sanoo. ”Tämä on vahva todiste jälkimmäisestä.”
työryhmä osoitti myös, että hippokampuksen mantelitumakkeen syöttöjen estäminen muistitestauksen aikana heikensi lyhytkestoisen muistin suorituskykyä (testattiin toisena ja kahdeksantena päivänä)-mutta ei kaukaista muistia (testattiin 15.ja 22. päivänä)—kun taas aivokuoren mantelitumakkeen syöttöjen estäminen osoitti päinvastaista mallia. Toisin sanoen mantelitumakkeen muisti—engrammit säilyivät kauttaaltaan, ja ne olivat välttämättömiä pelkomuistojen muistamiseksi-Mutta tapahtui muutos, mihin alueeseen mantelitumake piti liittää, jotta muisti toimisi. ”Solut, joiden avulla hiiri voi muistaa pelon muistista, säilyvät päivästä 1 kolmeen viikkoon myöhemmin”, Tonegawa sanoo. ”Mutta yhteyksien käytössä on kytkin: kolmen viikon kuluttua, kun hippokampus Engram ei ole enää aktiivinen, etuaivokuoren engramin ja amygdala engramin välinen yhteys mahdollistaa eläimen muistamaan pelkomuistin.”
tutkimus ”tarjoaa vakuuttavaa näyttöä siitä, missä ja milloin tietyt hermosolut edistävät tiettyä muistin muotoa olennaisella tavalla tiettyinä aikoina oppimisen aikana ja sen jälkeen”, sanoo neurotieteilijä Howard Eichenbaum, Bostonin yliopiston muistin ja aivojen keskuksen johtaja, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. Vaikka kyse on teknisestä kiertokäynnistä, lehti jättää useita avoimia kysymyksiä:” tutkimus ei kerro, onko olemassa muita tällaiselle muistille tärkeitä soluja, tai mitään muunlaisesta muistista”, hän sanoo. Hän lisää, että mikä tärkeintä, se kertoo vain siitä, että tietyillä alueilla tietyt solut tiettyinä aikoina luovat muistoja—ei siitä, miten ne myötävaikuttavat siihen. ”Millaista informaation käsittelyä etuotsalohko edistää”, hän sanoo, ” joka ei ole välttämätöntä oppimiselle tai hakemiselle pian sen jälkeen, mutta joka tulee välttämättömäksi jonkin ajan kuluttua?”Jokaisella mukana olevalla alueella on eri tehtävät ja se käsittelee tietoa eri tavoin. Yksikään niistä ei ole erityisesti omistettu muistille, joka koostuu näiden hermojärjestelmien prosessoidessa kokemuksia. Hippokampus esimerkiksi edustaa paikkatietoa käyttäen” paikka ”- soluja, jotka kartoittavat ympäristöä, mahdollisesti selittäen, miten se voisi edistää episodisen muistin” missä ” – komponenttia. Ei ole selvää, mikä rooli prefrontaalisella aivokuoren prosessoinnilla on, mutta Eichenbaum arvelee, että sen rooli vaihtoehtojen järjestämisessä ja valinnassa saattaa olla yhä merkityksellisempi muistojen ikääntyessä.
terävämpi kuva muistin toiminnasta alkaa pikkuhiljaa hahmottua, ja nämä uudet löydökset auttavat pönkittämään eri muistilajeja koskevaa lisätutkimusta.