Κάθε μέρα, ο εγκέφαλος μετατρέπει στιγμιαίες εντυπώσεις, δημιουργικές ιδέες και συναισθηματικές εμπειρίες σε αναμνήσεις που διαμορφώνουν την ταυτότητά σας και καθοδηγούν τις αποφάσεις σας. Ένα βασικό ερώτημα για τους επιστήμονες είναι πώς ο εγκέφαλος αποφασίζει ποιες αναμνήσεις αξίζει να αποθηκεύσει και για πόσο χρόνο θα παραμείνουν στη μνήμη.
Πρόσφατες έρευνες δείχνουν ότι οι μακροπρόθεσμες αναμνήσεις σχηματίζονται μέσα από μια αλληλουχία μοριακών «χρονομετρητών» που ενεργοποιούνται σε διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου. Χρησιμοποιώντας ένα σύστημα εικονικής πραγματικότητας σε ποντίκια, οι επιστήμονες εντόπισαν ρυθμιστικούς παράγοντες που είτε ενισχύουν τις αναμνήσεις ώστε να γίνουν πιο σταθερές είτε τις αφήνουν να σβήσουν.
Μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Nature έδειξε ότι διάφορες περιοχές του εγκεφάλου συνεργάζονται για να αναδιοργανώνουν τις αναμνήσεις με την πάροδο του χρόνου, μέσα από «σημεία ελέγχου» που αξιολογούν τη σημασία και τη διάρκεια καθεμιάς.
«Αυτό είναι ένα σημαντικό εύρημα, γιατί εξηγεί πώς ρυθμίζουμε τη διάρκεια των αναμνήσεων. Αυτό που επιλέγουμε να θυμόμαστε είναι μια συνεχής διαδικασία, όχι ένα στιγμιαίο ‘πάτημα διακόπτη’», εξήγησε η Priya Rajasethupathy, επικεφαλής του Εργαστηρίου Νευρικής Δυναμικής και Γνωστικής του Skoler Horbach Family.
Πέρα από το κλασικό μοντέλο της μνήμης
Για πολλά χρόνια, η έρευνα επικεντρωνόταν σε δύο κύρια κέντρα μνήμης: τον ιππόκαμπο, που υποστηρίζει τη βραχυπρόθεσμη μνήμη, και τον εγκεφαλικό φλοιό, όπου θεωρούνταν ότι αποθηκεύονται οι μακροπρόθεσμες αναμνήσεις. Οι επιστήμονες πίστευαν ότι οι μακροπρόθεσμες μνήμες εξαρτώνται από βιολογικούς διακόπτες ενεργοποίησης και απενεργοποίησης.
«Τα υπάρχοντα μοντέλα μνήμης βασίζονταν σε μόρια που λειτουργούν σαν διακόπτες on/off», ανέφερε η Rajasethupathy.
Αυτή η θεωρία υποστήριζε ότι μόλις μια μνήμη επιλεγεί για μακροπρόθεσμη αποθήκευση, παραμένει για πάντα. Αν και το μοντέλο αυτό πρόσφερε χρήσιμες γνώσεις, δεν μπορούσε να εξηγήσει γιατί κάποιες αναμνήσεις διαρκούν λίγες εβδομάδες, ενώ άλλες παραμένουν ζωντανές για δεκαετίες.
Η οδός που συνδέει τη βραχυπρόθεσμη με τη μακροπρόθεσμη μνήμη
Το 2023, η Rajasethupathy και οι συνεργάτες της περιέγραψαν ένα εγκεφαλικό κύκλωμα που συνδέει τα δύο συστήματα μνήμης. Κεντρικό ρόλο σε αυτό το κύκλωμα έχει ο θάλαμος, που καθορίζει ποιες αναμνήσεις αξίζει να διατηρηθούν και τις κατευθύνει προς τον φλοιό για σταθεροποίηση.
Αυτές οι ανακαλύψεις οδήγησαν σε νέα ερωτήματα: Τι συμβαίνει στις αναμνήσεις αφού φύγουν από τον ιππόκαμπο και ποιες μοριακές διεργασίες καθορίζουν αν μια μνήμη θα διατηρηθεί ή θα χαθεί;
Για να διερευνήσει αυτούς τους μηχανισμούς, η ερευνητική ομάδα δημιούργησε ένα σύστημα εικονικής πραγματικότητας που επέτρεπε στα ποντίκια να σχηματίζουν συγκεκριμένες αναμνήσεις. «Μεταβάλλοντας τη συχνότητα επανάληψης ορισμένων εμπειριών, μπορέσαμε να κάνουμε τα ποντίκια να θυμούνται κάποια πράγματα καλύτερα από άλλα και να δούμε ποιες διεργασίες στον εγκέφαλο συνδέονταν με αυτή τη διαφορά», ανέφερε η Rajasethupathy
Η συσχέτιση από μόνη της δεν αρκούσε, γι’ αυτό η συν-επικεφαλής της μελέτης Celine Chen ανέπτυξε μια πλατφόρμα, που μπορούσε να τροποποιεί τη γονιδιακή δραστηριότητα στον θάλαμο και τον φλοιό. Η ανάλυση έδειξε ότι η απενεργοποίηση συγκεκριμένων μορίων άλλαζε τη διάρκεια των αναμνήσεων, ενώ κάθε μόριο λειτουργούσε σε διαφορετική χρονική κλίμακα.
Μοριακοί «χρονομετρητές» που καθορίζουν τη σταθερότητα της μνήμης
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μακροπρόθεσμη μνήμη δεν βασίζεται σε έναν και μόνο διακόπτη on/off, αλλά σε μια αλληλουχία γονιδιακών προγραμμάτων που λειτουργούν σαν χρονομετρητές σε όλο τον εγκέφαλο.
Οι πρώτοι ενεργοποιούνται γρήγορα αλλά σβήνουν σύντομα, επιτρέποντας στις λιγότερο σημαντικές αναμνήσεις να ξεθωριάζουν. Οι επόμενοι ενεργοποιούνται πιο αργά, παρέχοντας τη δομική υποστήριξη που χρειάζεται μια σημαντική εμπειρία για να παραμείνει ζωντανή. Στη μελέτη, η επανάληψη χρησιμοποιήθηκε ως μέτρο σημασίας, ώστε οι ερευνητές να συγκρίνουν εμπειρίες που επαναλαμβάνονταν συχνά με άλλες πιο σπάνιες.
Η ομάδα εντόπισε 3 βασικούς ρυθμιστές μεταγραφής που είναι απαραίτητοι για τη διατήρηση των αναμνήσεων: τους Camta1 και Tcf4 στον θάλαμο και τον Ash1l στον πρόσθιο προσαγωγό φλοιό. Αυτά τα μόρια δεν χρειάζονται για τη δημιουργία της μνήμης, αλλά είναι κρίσιμα για τη διατήρησή της. Όταν οι ερευνητές ανέστειλαν τη δράση των Camta1 και Tcf4, οι συνδέσεις μεταξύ θαλάμου και φλοιού αποδυναμώθηκαν και οι αναμνήσεις χάθηκαν.
Σύμφωνα με το προτεινόμενο μοντέλο, ο σχηματισμός της μνήμης ξεκινά στον ιππόκαμπο. Ο Camta1 και τα γονίδιά του βοηθούν στη διατήρηση της αρχικής μνήμης. Με την πάροδο του χρόνου, ο Tcf4 ενεργοποιείται για να ενισχύσει τη συνοχή των κυττάρων και τη δομική υποστήριξη. Τέλος, ο Ash1l προάγει προγράμματα αναδιαμόρφωσης της χρωματίνης που ενισχύουν τη σταθερότητα της μνήμης.
«Αν μια μνήμη δεν ενεργοποιήσει αυτούς τους χρονομετρητές, είναι προγραμματισμένη να ξεχαστεί γρήγορα», εξήγησε η Rajasethupathy.
Κοινές αρχές μνήμης σε όλη τη βιολογία
Ο Ash1l ανήκει σε μια οικογένεια πρωτεϊνών, τις μεθυλοτρανσφεράσες ιστονών, που συμμετέχουν στη διατήρηση μνημονικών λειτουργιών και σε άλλα συστήματα του οργανισμού. «Στο ανοσοποιητικό σύστημα, αυτά τα μόρια βοηθούν το σώμα να ‘θυμάται’ προηγούμενες λοιμώξεις· κατά την ανάπτυξη, βοηθούν τα κύτταρα να θυμούνται ότι έχουν εξελιχθεί σε νευρικά ή μυϊκά κύτταρα και να διατηρούν αυτή την ταυτότητα», ανέφερε η Rajasethupathy. «Ο εγκέφαλος φαίνεται πως αξιοποιεί αυτές τις βασικές μορφές κυτταρικής μνήμης για να στηρίξει τη γνωστική μνήμη.»
Οι συγκεκριμένες ανακαλύψεις ίσως βοηθήσουν μελλοντικά τους ερευνητές να κατανοήσουν και να αντιμετωπίσουν ασθένειες που επηρεάζουν τη μνήμη. Η Rajasethupathy εξήγησε ότι, αν οι επιστήμονες μάθουν πώς λειτουργούν τα γονιδιακά προγράμματα που διατηρούν τη μνήμη, θα μπορούσαν να ανακατευθύνουν τις μνημονικές διεργασίες γύρω από κατεστραμμένες περιοχές του εγκεφάλου, όπως στη νόσο Αλτσχάιμερ. «Αν γνωρίζουμε ποιες είναι οι επόμενες περιοχές που συμμετέχουν στη σταθεροποίηση της μνήμης και παρατηρείται εκφύλιση στην πρώτη, ίσως μπορέσουμε να παρακάμψουμε το κατεστραμμένο τμήμα και να επιτρέψουμε στις υγιείς περιοχές να αναλάβουν τον ρόλο του», πρόσθεσε.
