Сваки дан, мозак претвара пролазне утиске, креативне искре и емоционална искуства у трајна сећања која обликују наш идентитет и усмеравају наше одлуке. Централно питање у неуронауци било је како мозак одређује које делове информација вреди чувати и колико дуго та сећања треба да остану.
Недавна открића показују да се дугорочна сећања формирају низом молекуларних механизама који се активирају у различитим деловима мозга. Користећи систем понашања у виртуелној стварности код мишева, научници су идентификовали регулаторне факторе који помажу да се успомене померају у све стабилнија стања или им омогућавају да потпуно избледе.
Студија објављена у Природа наглашава како неколико региона мозга раде заједно на реорганизацији сећања током времена, са контролним тачкама које помажу да се процени колико је свако сећање значајно и колико би требало да буде издржљиво.
„Ово је кључно откриће јер објашњава како прилагођавамо трајност сећања“, каже Прија Рајасетупати, шеф породичне лабораторије за неуронску динамику и когницију Сколер Хорбах. „Оно што бирамо да запамтимо је процес који се непрестано развија, а не једнократно окретање прекидача.“
Прелазак из класичног модела меморије
Дуги низ година, истраживачи су се фокусирали на два примарна меморијска центра: хипокампус, који подржава краткорочно памћење, и кортекс, за који се веровало да чува дугорочна сећања. Сматрало се да ова дугорочна сећања стоје иза биолошких прекидача за укључивање и искључивање.
„Постојећи модели меморије у мозгу укључивали су меморијске молекуле сличне транзисторима који делују као прекидачи за укључивање/искључивање“, каже Рајасетхупати.
Овај старији поглед сугерисао је да када се меморија означи за дуготрајно складиштење, она ће трајати неограничено. Иако је овај оквир пружио корисне увиде, није објаснио зашто нека дугорочна сећања трају недељама, док друга остају живописна деценијама.
Кључни пут који повезује краткорочну и дугорочну меморију
Године 2023, Рајасетхупатхи и колеге описали су мождано коло које повезује системе краткорочне и дугорочне меморије. Централни елемент овог пута је таламус, који помаже да се одреди која сећања треба да се чувају и усмерава их у кортекс ради дуготрајне стабилизације.
Ова открића су отворила врата дубљим питањима: шта се дешава са сећањима када напусте хипокампус, и који молекуларни процеси одлучују да ли сећање постаје трајно или нестаје?
Експерименти виртуелне стварности откривају постојаност меморије
Да би истражио ове механизме, тим је направио поставку виртуелне стварности која је омогућила мишевима да формирају специфична сећања. „Андреа Терцерос, постдоктор у мојој лабораторији, створила је елегантан модел понашања који нам је омогућио да отворимо овај проблем на нови начин“, каже Рајасетхупати. „Варећи колико често су се одређена искуства понављала, успели смо да натерамо мишеве да запамте неке ствари боље од других, а затим погледамо у мозак да видимо који су механизми повезани са истрајношћу памћења.“
Сама корелација није могла да одговори на кључна питања, па је ко-водитељица Селин Чен креирала платформу за скрининг засновану на ЦРИСПР-у да би променила активност гена у таламусу и кортексу. Овај приступ је показао да је уклањање одређених молекула променило колико дуго сећања трају, а сваки молекул је функционисао у својој временској скали.
Временски програми Водич за стабилност меморије
Резултати показују да се дугорочна меморија не ослања на један прекидач за укључивање/искључивање, већ на низ програма за регулисање гена који се одвијају попут молекуларних тајмера у мозгу.
Рани тајмери се брзо активирају, али брзо бледе, омогућавајући да успомене нестану. Каснији тајмери се укључују постепено, дајући важним искуствима структурну подршку потребну да опстану. У овој студији, понављање је служило као замена за важност, омогућавајући истраживачима да упореде контексте који се често понављају са онима који се виде само повремено.
Тим је идентификовао три транскрипциона регулатора неопходна за одржавање сећања: Цамта1 и Тцф4 у таламусу и Асх1л у предњем цингуларном кортексу. Ови молекули нису потребни за формирање почетне меморије, али су кључни за њено очување. Ометање Цамта1 и Тцф4 ослабило је везе између таламуса и кортекса и изазвало губитак памћења.
Према моделу, формирање меморије почиње у хипокампусу. Цамта1 и њени низводни циљеви помажу да та рана меморија остане нетакнута. Временом, Тцф4 и његови циљеви се активирају како би ојачали ћелијску адхезију и структурну подршку. Коначно, Асх1л промовише програме ремоделирања хроматина који јачају стабилност меморије.
„Осим ако не промовишете успомене на овим тајмерима, верујемо да сте спремни да их брзо заборавите“, каже Раџасетупати.
Механизми заједничког памћења у биологији
Асх1л је део породице протеина познате као хистон метилтрансферазе, које помажу у одржавању функција сличних меморији у другим системима. „У имунолошком систему, ови молекули помажу телу да памти прошле инфекције; током развоја, ти исти молекули помажу ћелијама да запамте да су постале неурон или мишић и одржавају тај идентитет дугорочно“, каже Рајасетхупати. „Мозак можда пренамјењује ове свеприсутне облике ћелијске меморије како би подржао когнитивна сјећања.“
Ова открића могу на крају помоћи истраживачима да се позабаве болестима везаним за памћење. Рајасетупатхи сугерише да би, разумевањем генских програма који чувају памћење, научници могли да преусмере путеве меморије око оштећених региона мозга у условима као што је Алцхајмерова болест. „Ако знамо другу и трећу област која је важна за консолидацију памћења, а имамо неуроне који умиру у првој области, можда можемо заобићи оштећени регион и дозволити здравим деловима мозга да преузму контролу“, каже она.
Следећи кораци: Декодирање система меморијског тајмера
Тим Рајасетхупатије сада има за циљ да открије како се ови молекуларни тајмери активирају и шта одређује њихово трајање. Ово укључује истраживање како мозак процењује важност сећања и одлучује колико дуго треба да траје. Њихов рад наставља да указује на таламус као централно чвориште у овом процесу доношења одлука.
„Заинтересовани смо за разумевање живота сећања изван његовог почетног формирања у хипокампусу“, каже Рајасетхупати. „Мислимо да су таламус и његови паралелни токови комуникације са кортексом централни у овом процесу.“
