Mózg najszybciej zapamiętuje miejsca odwiedzane po raz pierwszy. Każda kolejna wizyta w danym otoczeniu generuje mniej nowych  wspomnień, bowiem zapamiętane zostają jedynie te elementy, które uległy zmianie. Neuronalne mechanizmy działania tej formy pamięci długotrwałej pozostają przedmiotem intensywnych badań. Jedno z nich zostało przeprowadzone przez zespół pod przewodnictwem Ryuichi Shigemoto z Instytutu Nauki i Technologii w Austrii (IST Austria) we współpracy z Uniwersytetem Aarhus i Narodowym Instytutem Nauk Fizjologicznych w Japonii. Naukowcy wzięli pod lupę ścieżkę połączeń neuronalnych w hipokampie i jej rolę w kontroli tworzenia wspomnień. Hipokamp to struktura mózgu zaangażowana w procesy pamięciowe, w szczególności związane z przenoszeniem wspomnień z pamięci krótkotrwałej do długotrwałej. Zawiera on tzw. komórki mszyste (ang. mossy cells), które tworzą połączenia synaptyczne z komórkami ziarnistymi (ang. granule cells). Zespół Shigemoto zbadał rolę tej ścieżki neuronalnej w regulacji procesu tworzenia długotrwałych wspomnień. Rezultaty badania opublikowano w czasopiśmie “Current Biology”.

Badanie przebiegało w czterech niezależnych fazach. Na początku naukowcy zastosowali metodologię badań ex vivo. Umieścili tkankę hipokampa pod mikroskopem w celu dokładnego poznania skomplikowanej struktury połączeń między komórkami mszystymi i ziarnistymi. Dzięki temu otrzymali swoistą mapę interesującej ich ścieżki połączeń. W następnym etapie wykorzystali technologię neuroobrazowania z użyciem jonów wapnia, która umożliwia obserwację pracy genetycznie modyfikowanych neuronów w czasie rzeczywistym. Przypatrywali się więc aktywności komórek mszystych i ziarnistych w dwóch przypadkach: podczas gdy zwierzęta laboratoryjne (myszy) eksplorowały zupełnie nowe środowisko oraz kiedy odwiedzały to samo miejsce ponownie. Wyniki obrazowania ujawniły, iż aktywność komórek mszystych była najwyższa w absolutnie nowym otoczeniu i zmniejszała się wraz z kolejnymi odwiedzinami. Natomiast gdy myszy znowu umieszczano w innym nieznanym środowisku, aktywność tych komórek ponownie wzrastała. Możliwe zatem, że komórki mszyste są zaangażowane w przetwarzanie informacji o nowym otoczeniu. W trzeciej fazie badania naukowcy zbadali zjawiska molekularne zachodzące wskutek wysłania sygnału przez komórki mszyste. Odkryli oni, że aktywność tych neuronów zwiększała ekspresję genu, który koduje produkcję białka w komórkach ziarnistych. Poziom zmiany molekularnej struktury komórek ziarnistych był proporcjonalny do aktywności komórek mszystych. Przypuszczalnie owa molekularna zmiana jest fizyczną reprezentacją wspomnienia.

W ostatnim etapie eksperymentu badacze przeprowadzili test behawioralny, w którym manipulowali aktywnością połączeń komórkami mszystymi i ziarnistymi. Przeprowadzili test behawioralny w schemacie negatywnego warunkowania. Myszy umieszczano w nowym otoczeniu, gdzie otrzymywały nieprzyjemny bodziec – lekki szok elektryczny. Zwierzęta szybko skojarzyły to środowisko z bolesnym doświadczeniem i nauczyły się odpowiedniej reakcji behawioralnej – przez pewien czas przestawały się ruszać. Jednak kiedy myszy otrzymały środek blokujący aktywność połączenia komórek mszystych i ziarnistych, nie potrafiły poprawnie skojarzyć środowiska z nieprzyjemnym bodźcem ani nauczyć się właściwej reakcji. Negatywne warunkowanie zadziałało dopiero wtedy, gdy sygnalizacja pomiędzy tymi komórkami została przywrócona. Rezultat ten stanowi pośredni dowód na przyczynową rolę ścieżki neuronalnej hipokampa w formacji wspomnień dotyczących nowego otoczenia.

Istnienie analogicznych mechanizmów w ludzkim hipokampie wciąż pozostaje pod znakiem zapytania. Niemniej jednak wyniki badania zespołu Shigemoto stanowią duży krok ku zrozumieniu, w jaki sposób hipokamp tworzy wspomnienia. Możliwe, że w przyszłości rezultaty tego badania przyczynią się do znalezienia lekarstwa na neurodegeneracyjne choroby niszczące pamięć, takie jak m.in. choroba Alzheimera.

Bibliografia:
Shigemoto et al. Ventro-dorsal Hippocampal Pathway Gates Novelty-Induced Contextual Memory Formation. Current Biology, 2020

Dodaj komentarz