Komórki engramu. Część pierwsza: pamięć, która wciąż tam była

Streszczenie

W 2015 roku zespół z MIT podał myszom lek blokujący konsolidację pamięci, potwierdził, że zwierzęta nie potrafią sobie przypomnieć zdarzenia, a następnie ponownie uruchomił ślad pamięciowy impulsem niebieskiego światła.

Zwierzęta zastygały ze strachu w reakcji na kontekst, którego w zwykłych warunkach nie potrafiły przywołać. Pamięć nie została wymazana. Stała się niedostępna.

To pierwsza z dwóch części poświęconych komórkom engramu — populacji neuronów stanowiącej fizyczny ślad konkretnej pamięci. To jeden z najbardziej widowiskowych wyników w naszej bibliotece, ale w całości pochodzi z badań na myszach i wykorzystuje metodę, której nie można zastosować u człowieka.

1.Jak oznaczyć konkretną pamięć

Technika opiera się na precyzyjnym wykorzystaniu czasu. Gdy neuron jest silnie aktywny, uruchamia geny wczesnej odpowiedzi, z których najlepiej znany jest c-fos. Jeżeli promotor c-fos połączy się z genetycznym przełącznikiem, każda komórka aktywna w określonym oknie czasowym może zostać trwale oznaczona.

W eksperymentach Tomása Ryana engram w zakręcie zębatym oznaczano fluorescencyjnym markerem mCherry za pomocą znakowania zależnego od uczenia i napędzanego przez c-fos. Komórki aktywne podczas uczenia stawały się widoczne i pozostawały oznaczone również później.

Następnie neurony presynaptyczne w korze śródwęchowej zmodyfikowano tak, aby eksprymowały channelrhodopsin-2 — światłoczuły kanał jonowy dostarczony za pomocą wektora wirusowego. Niebieskie światło powoduje ich pobudzenie.

Połączenie obu technik pozwala zidentyfikować komórki aktywne podczas konkretnego doświadczenia i później, w wybranym momencie, ponownie je uruchomić.

2.Eksperyment

Myszy poddano warunkowaniu strachu zależnemu od kontekstu w jednej komorze — uczyły się, że konkretne miejsce jest niebezpieczne. Bezpośrednio po treningu połowa otrzymała anizomycynę, inhibitor syntezy białek blokujący konsolidację pamięci. Pozostałym podano sól fizjologiczną.

Autorzy sprawdzili, że lek działał: zastosowana dawka rzeczywiście hamowała syntezę białek w zakręcie zębatym. Drugi inhibitor, cykloheksymid, dawał porównywalny wynik.

W zwykłym teście myszy otrzymujące anizomycynę wykazywały amnezję. Po ponownym umieszczeniu w komorze, w której wcześniej doświadczyły zagrożenia, nie zastygały. Według standardowych miar behawioralnych pamięci nie było.

Następnie zwierzęta przeniesiono do innej, neutralnej komory, z którą nie miały żadnego powodu wiązać strachu. Przez dwanaście minut oznaczone komórki pobudzano światłem w naprzemiennych, trzyminutowych okresach.

W obu grupach podczas okresów z włączonym światłem obserwowano istotnie nasilone zastyganie i to na podobnym poziomie. Myszy z amnezją ujawniały więc pamięć strachu, której nie potrafiły wydobyć w zwykły sposób, w miejscu, w którym nigdy nie wydarzyło się nic zagrażającego.

3.Czego brakowało, a co pozostało

Następnie zmierzono fizyczne różnice między engramami skonsolidowanymi a tymi związanymi z amnezją. To właśnie w tym miejscu wynik staje się nie tylko efektowny, ale także możliwy do interpretacji mechanistycznej.

Komórki engramu w grupie otrzymującej sól fizjologiczną miały istotnie wyższy stosunek prądów AMPA do NMDA niż zarówno komórki niebędące częścią engramu, jak i komórki engramu z grupy anizomycyny. Wykazywały też większą gęstość kolców dendrytycznych; w grupie anizomycyny gęstość kolców w komórkach oznaczonych i nieoznaczonych była podobna.

Engram związany z amnezją nie miał więc dwóch charakterystycznych cech konsolidacji: nie został wzmocniony i nie wytworzył nowych połączeń w takim stopniu jak engram prawidłowo skonsolidowany.

Zachował natomiast swoją architekturę połączeń. Komórki engramu w stanie amnezji utrzymywały preferencyjne połączenia z komórkami engramu w obszarze CA3, a anizomycyna podana po treningu nie zaburzała tej swoistej dla engramu łączności.

Wzorzec połączeń przetrwał. Wzmocnienie — nie.

4.Przechowywanie a wydobywanie pamięci

Interpretacja autorów odwraca założenie obecne w neurobiologii od niemal stulecia. Wzmocnienie synaptyczne traktowano jako samą pamięć — fizyczną formę, jaką przyjmuje ślad pamięciowy.

Autorzy proponują, że szybki wzrost siły synaptycznej i zwiększenie liczby kolców dendrytycznych podczas konsolidacji nie są kluczowym składnikiem przechowywanej informacji. Fundamentalnym mechanizmem zapisu pamięci może być raczej trwały, swoisty układ połączeń pomiędzy komórkami engramu.

Wzmocnienie pełniłoby w takim ujęciu inną funkcję: umożliwiałoby naturalnym bodźcom przypominającym skuteczny dostęp do ciał komórek engramu i ich ponowną aktywację.

W tej interpretacji konsolidacja nie „zapisuje” pamięci. Buduje do niej drogę. Amnezja staje się więc problemem wydobycia — ślad pozostaje, ale znika skuteczna droga dostępu.

Wynik utrzymywał się w kilku wariantach eksperymentu: w optogenetycznym unikaniu miejsca, przy aktywacji engramów w CA1 i bocznym ciele migdałowatym oraz w paradygmacie amnezji po zaburzeniu rekonsolidacji.

5.Czego ten wynik nie dowodzi

Wszystko powyżej zależy od optogenetyki, która wymaga wprowadzenia wirusa do mózgu, ekspresji obcego światłoczułego białka w określonych neuronach i implantacji włókna dostarczającego światło. Nie jest to metoda dostępna u ludzi i nie istnieje jej bliski kliniczny odpowiednik.

Badana pamięć ma też bardzo konkretny charakter: jest to powstałe w ciągu minut skojarzenie strachu z miejscem u gryzonia. Ludzka pamięć epizodyczna jest bogatsza, bardziej rekonstrukcyjna i znacznie słabiej odwzorowywana przez zachowanie polegające na zastyganiu, niż mogłaby sugerować elegancja tego eksperymentu.

Aktywowany engram nie jest również tym samym co świadome przypomnienie. Pobudzenie oznaczonej populacji neuronów światłem wywołuje zachowanie przypominające efekt przypominania. Czy zwierzę przeżywa cokolwiek odpowiadającego pamiętaniu, pozostaje pytaniem, do którego ta metoda nie ma dostępu.

Te ograniczenia są szczególnie ważne ze względu na sposób, w jaki wyniki te funkcjonują poza literaturą naukową. Często przedstawia się je jako dowód, że „utracone wspomnienia można odzyskać”. U myszy, w tych konkretnych warunkach, jest to trafny opis wyniku. Nie mówi jednak nic bezpośrednio o utraconych wspomnieniach konkretnej osoby.

Komentarz redakcyjny

MindHeaven® nie składa żadnych deklaracji dotyczących engramów pamięci, konsolidacji, wydobywania ani odzyskiwania utraconych wspomnień. Nie proponujemy również, aby którykolwiek składnik naszych formulacji wpływał na te procesy. Żaden suplement nie wykazał działania na mechanizm opisany w tym artykule.

Publikujemy ten tekst, ponieważ jest to jedno z najbardziej przejrzystych współczesnych doświadczeń pokazujących, że pamięć ma fizyczny ślad w konkretnej populacji komórek — i jednocześnie doświadczenie, które bardzo precyzyjnie pokazuje granice słowa „fizyczny”. Ślad przetrwał lek, który usunął zachowanie świadczące o dostępie do pamięci.

Część druga przenosi tę samą logikę do mysiego modelu wczesnej choroby Alzheimera, gdzie różnica między pamięcią utraconą a pamięcią niedostępną przestaje być wyłącznie abstrakcyjnym problemem.