amikor a híres neurológiai beteg, Henry Molaison 1953-ban agyának hippokampuszát műtéti úton szekcionálták rohamok kezelésére, a tudomány emlékezetének megértése véletlenül megkapta talán a legnagyobb lendületet. Molaison elvesztette a képességét, hogy új emlékeket hozzon létre az eseményekről, és az előző évben történt eseményekre való emlékezése súlyosan károsodott. Más típusú memória, például a fizikai készségek elsajátítása nem befolyásolta, ami arra utal, hogy a hippocampus kifejezetten kezeli az események visszahívását—az úgynevezett “epizodikus” emlékek.
a hippokampális károsodásban szenvedő betegek további kutatása megerősítette, hogy a közelmúltbeli emlékek jobban károsodnak, mint a távoliak. Úgy tűnik, hogy a hippocampus ideiglenes tárolást biztosít az új információkhoz, míg más területek kezelhetik a hosszú távú memóriát. Események, hogy később emlékezni úgy tűnik, hogy fenntartás további tartós tárolás a cortex (a külső réteg az agy felelős a magasabb szintű funkciók, mint például a tervezés, problémamegoldás). A kéregben ezek az emlékek fokozatosan alakulnak ki, integrálódnak a kapcsolódó információkhoz, hogy tartós tudást építsenek ki magunkról és a világról.
a hosszú távú tárolásra szánt epizodikus emlékek felhalmozódnak az “önéletrajzi” memória kialakításához, amely annyira nélkülözhetetlen az identitásérzetünk szempontjából. Az idegtudósok sokat tudnak arról, hogy a rövid távú emlékek hogyan alakulnak ki az agyban, de a hosszú távú tárolás alapjául szolgáló folyamatok még mindig nem ismertek jól.
Egy új tanulmány, megjelent ebben a hónapban a Tudomány, a neurológus Susumu Tonegawa egy csoport kollégák a RIKEN–MIT Központ Neurális Áramkör Genetika, betekintést nyújt abba, hogy mi történik az agyban, amikor a hosszú távú memória képződik, kiemelve a kritikus szerepét, az elülső része a kéreg. “Ez a részletes áramkör elemzése, a hozzájárulást a prefrontális kéregben, hogy a memória letöltés itt még nem volt” – mondja neurológus István Maren Texas&M University College Station, aki nem vett részt a munkában.
A Tonegawa csoport új tanulmánya korábbi kutatásokra épül, amelyek bizonyítják, hogy az epizodikus emlékek fizikailag képviseltetik magukat a hippocampus egyes részeiben lévő sejtek populációiban. Ezekben a vizsgálatokban a kutatók genetikailag megtervezték az egereket, hogy bizonyos neuronok fényérzékeny fehérjéket termeljenek. A neuronok elektromos és kémiai tevékenységeit ezután aktiválhatják vagy kikapcsolhatják az egyes egér koponyájába beültetett száloptikai kábellel szállított fény impulzusai, az optogenetika néven ismert technika.
a vezetékes egerek olyan gyógyszert kaptak, amely blokkolja a fényérzékeny fehérjék termelését. Az egerek eltávolítása a gyógyszerről lehetővé tette a sejtek tüzet, miközben új környezetet fedeztek fel a fehérjék előállításához, hatékonyan “címkézve” az adott környezet emlékét. Ezeket a sejtcsoportokat, az úgynevezett memória “engramokat” ezután a száloptikai gerendákkal lehet szabályozni.
ezekkel a szerszámokkal a kezükben a nyomozók az egereket áramütéssel ütötték a lábukra néhány házukban, de mások nem. Az egerek megfagytak, amikor visszatértek egy olyan környezetbe, amelyben korábban megdöbbentek, jelezve a “félelem emlékét.”Amikor a kutatók aktiválták az engramokat, ez ugyanazt a félelmetes reakciót váltotta ki. Az emlékek érzelmi aspektusait külön tárolják, egy amygdala nevű régióban-de az engram aktiválása a hippocampusban aktiválja az összes kapcsolódó összetevőt, visszahozva a teljes memóriát. Ez hasonló ahhoz, hogy egy hang vagy szag hogyan válthat ki kiterjedt felidézést az élet múltbeli tapasztalatairól.
az új tanulmányban a kutatók egereket képeztek ki egy adott ketrec összekapcsolására láb sokkokkal. Ezután a történtek emlékét különböző napokon tesztelték, legfeljebb három héttel később. A kutatók megjelölték az agykéregben lévő engram sejteket, majd fény hatására aktiválták őket, így az egerek olyan környezetben fagytak le, amelyben soha nem voltak sokkolva. A csapat úgy találta, hogy ezeket a kortikális engramokat nem lehet természetes jelekkel aktiválni (visszahelyezni a házba, ahol megdöbbentek) két nappal az edzés után, de 13 nappal később természetes jelek aktiválhatják őket.
Ez a megállapítás azt mutatja, hogy bár a kortikális engramok azonnal kialakulnak, kezdetben abban vannak, amit Tonegawa “csendes” állapotnak hív, ami azt jelenti, hogy természetes jelek nem aktiválhatók. Az engrams csak két héttel később Érett “aktív” állapotba, amelyben reagálhatnak az ilyen jelzésekre. Ezzel szemben a hippokampális engram sejteket természetes jelek aktiválták a láb sokk utáni második napon, de nem a 13.napon—jelezve, hogy a hippocampusban lévő engramok azonnal aktívvá válnak, de fokozatosan “csendes” állapotba kerülnek.
Tonegawa kutatásai rámutatnak a kiegészítő memóriarendszerek létezésére: az egyik lehetővé teszi a gyors memória kialakulását, de korlátozott kapacitással rendelkezik, ezért olyan információkat kell átadnia, amelyeket meg kell őrizni egy másik, hosszabb ideig tartó, de lassabb működésű rendszernek. Ez felszabadítja a helyet a hippocampusban, amelyet újra lehet használni. “Van egy munkamegosztás. A hippokampusz nagyon gyorsan képes aktív emlékeket alkotni, míg a kéreg gondoskodik a hosszú távú stabilitásról”-magyarázza Tonegawa. “Ha nincs szüksége hosszabb memóriára, elegendő a hippocampus; ha nem kell gyorsan aktív memóriát képeznie, akkor a kéreg elég; de mindkettőt akarjuk.”
Az eredmények segítenek tisztázni, hogy mikor és hogyan alakulnak ki a kortikális emlékek. Egy korábbi elmélet szerint az információ lassan átkerül a kéregbe, de Tonegawa megállapításai alátámasztják azt az alternatív elképzelést, hogy a kortikális engramok azonnal kialakulnak, de időre van szükségük a fejlődéshez. “A legfontosabb kérdés, ez a munka megoldja-e emlékképem a hippocampus, hogy a kérgi tárolóhelyek idővel, vagy telepedtek le a kéreg alatt tanulás, lelepleződtek az idő múlásával,” Maren mondja. “Ez erős bizonyíték az utóbbi számára.”
A csapat is azt mutatta, hogy a blokkoló bemenet, hogy az amygdala a hippocampus során memória vizsgálat csökkent a rövid távú memória teljesítménye (tesztelve a második-nyolcadik nap)—de nem távoli emlék (vizsgált napokon, 15, 22)—mivel blokkoló bemenet, hogy az amygdala a kéreg mutatott az ellenkező minta. Más szavakkal, az amygdala memória engramjai mindvégig fennmaradtak, és szükségesek voltak a félelem emlékeinek felidézéséhez—de változás történt abban a régióban, amelyhez az amygdala-t csatlakoztatni kellett az emlékezet működéséhez. “Azokat a sejteket, amelyek lehetővé teszik az egér számára, hogy emlékezzen a memória félelmére, az 1.naptól három héttel később tartják fenn” – mondja Tonegawa. “De van egy kapcsoló a kapcsolatok használatában: három hét múlva, amikor a hippocampus engram már nem aktív, a prefrontalis cortex engram és az amygdala engram közötti kapcsolat lehetővé teszi az állat számára, hogy emlékezzen a félelem emlékezetére.”
a tanulmány “meggyőző bizonyítékot szolgáltat arról, hogy a specifikus neuronok hol és mikor járulnak hozzá a memória egy bizonyos formájához alapvető módon a tanulás során és után” – mondja Howard Eichenbaum idegtudós, a Bostoni Egyetem memória-és Agyközpontjának igazgatója, aki nem volt része a kutatásnak. Annak ellenére, hogy ez egy technikai tour de force, a papír számos nyitott kérdést hagy fel: “a tanulmány nem mondja el nekünk, hogy vannak-e más sejtek, amelyek fontosak az ilyen típusú memória szempontjából, vagy bármi más típusú memóriával kapcsolatban” – mondja. A legfontosabb, hozzáteszi, csak azt mondja nekünk, hogy bizonyos sejtek bizonyos régiókban bizonyos időpontokban emlékeket készítenek—nem pedig hogyan járulnak hozzá ehhez. “Milyen információfeldolgozáshoz járul hozzá a prefrontális kéreg-mondja -, ez nem elengedhetetlen a röviddel azután történő tanuláshoz vagy visszakereséshez, de ami egy idő múlva elengedhetetlenné válik?”Minden érintett régiónak különböző funkciói vannak, és különböző módon dolgozza fel az információkat. Egyik sem kifejezetten a memóriának szentelt, amely nyomokból áll, amelyek mögött maradnak, mivel ezek az idegrendszerek feldolgozzák a tapasztalatokat. A hippocampus például a környezetet feltérképező “hely” cellák segítségével reprezentálja a térbeli információkat, potenciálisan elmagyarázva, Hogyan járulhat hozzá az epizodikus memória” hol ” összetevőjéhez. Nem világos, hogy a prefrontális kéregfeldolgozás milyen szerepet játszik, de az eichenbaum feltételezi, hogy szerepe van az alternatívák szervezésében és kiválasztásában, mivel az emlékek kora egyre fontosabbá válhat.
a memória működésének egyre élesebb képe lassan kezd kialakulni, és ezek az új eredmények segítenek a különféle memóriák további kutatásának előmozdításában.