Κάθε μέρα, ο εγκέφαλός μας επιλέγει να δημιουργήσει αναμνήσεις από στιγμές, εμπνεύσεις ή επώδυνα βιώματα, όλα κομμάτια του εαυτού μας που αποκαλύπτουν την πορεία μας στον κόσμο.

Αλλά, πώς ακριβώς ο εγκέφαλος αποφασίζει ποιες στιγμές θα διατηρήσει και για πόσο;

Μια πρόσφατη έρευνα, δημοσιευμένη στο Nature, υποδεικνύει ότι η μακροπρόθεσμη μνήμη διαμορφώνεται από μία σειρά μοριακών χρονομέτρων που διαχέονται σε διάφορες περιοχές του εγκεφάλου. Χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο εικονικής πραγματικότητας σε ποντίκια, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι ο συντονισμός της μακροπρόθεσμης μνήμης ελέγχεται από ρυθμιστές-κλειδιά, οι οποίοι είτε αναβαθμίζουν τις μνήμες σε πιο ανθεκτικές μορφές, είτε τις υποβαθμίζουν μέχρι την λήθη.

Πολλές περιοχές του εγκεφάλου συμμετέχουν στη σταδιακή αναδιοργάνωση της μνήμης σε πιο μόνιμες μορφές, και κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, υπάρχουν «πύλες αξιολόγησης» που προωθούν την ανθεκτικότητα κάθε μνήμης.

«Αυτή είναι μια θεμελιώδης αποκάλυψη που εξηγεί πώς προσαρμόζουμε την ανθεκτικότητα των αναμνήσεων. Αυτό που επιλέγουμε να θυμόμαστε είναι μια συνεχής εξελικτική διαδικασία και όχι μια εφάπαξ ενέργεια», δήλωσε η Πρίγια Ρατζασετουπάτι, επικεφαλής του Εργαστηρίου Νευρωνικής Δυναμικής και Γνωστικής λειτουργίας της Οικογένειας Skoler Horbach.

Επί δεκαετίες, η έρευνα για τη μνήμη εστίαζε σε δύο περιοχές του εγκεφάλου: τον ιππόκαμπο – το «σπίτι» της βραχυπρόθεσμης μνήμης, και τον φλοιό – ο οποίος θεωρούνταν ο χώρος αποθήκευσης των μακροπρόθεσμων μνημών. Οι επιστήμονες πίστευαν ότι αυτές οι τελευταίες ήταν κλειδωμένες πίσω από βιολογικούς διακόπτες που ανοιγοκλείνουν.

«Τα υπάρχοντα μοντέλα μνήμης στον εγκέφαλο περιελάμβαναν μόρια μνήμης που μοιάζουν με τρανζίστορ και λειτουργούν ως διακόπτες», εξήγησε η Ρατζασετουπάτι.

Με άλλα λόγια, σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, εάν μια βραχυπρόθεσμη μνήμη είχε επιλεγεί για μακροπρόθεσμη αποθήκευση, θα παρέμενε σε αυτή την κατάσταση επ' αόριστον. Ωστόσο, παρόλο που οι έρευνες σε αυτό το πλαίσιο οδήγησαν σε σημαντικές γνώσεις, οι ερευνητές συνειδητοποίησαν ότι αυτό το μοντέλο ήταν υπερβολικά απλό – για παράδειγμα, δεν εξηγούσε γιατί ορισμένες μακροπρόθεσμες αναμνήσεις διαρκούν λίγες εβδομάδες, ενώ άλλες διατηρούνται για μια ολόκληρη ζωή.

Στη συνέχεια, το 2023, η Ρατζασετουπάτι και οι συνεργάτες της δημοσίευσαν μια εργασία που εντόπισε μια εγκεφαλική οδό που συνδέει τις βραχυπρόθεσμες και τις μακροπρόθεσμες αναμνήσεις. Ένα βασικό στοιχείο αυτής της οδού είναι μια περιοχή στο κέντρο του εγκεφάλου, ο θάλαμος, ο οποίος όχι μόνο βοηθά στην επιλογή των αναμνήσεων που πρέπει να θυμόμαστε, αλλά τις κατευθύνει στον φλοιό για μακροπρόθεσμη σταθεροποίηση.

Αυτά τα ευρήματα έθεσαν τις βάσεις για την αντιμετώπιση ορισμένων από τα πιο θεμελιώδη ερωτήματα στον τομέα της έρευνας για τη μνήμη: Τι συμβαίνει με τις αναμνήσεις μετά τη βραχυπρόθεσμη αποθήκευση στον ιππόκαμπο – και ποιοι μοριακοί μηχανισμοί κρύβονται πίσω από τη διαδικασία ταξινόμησης που προωθεί σημαντικές αναμνήσεις στον φλοιό και υποβιβάζει τις ασήμαντες στη λήθη;

Προκειμένου να απαντήσει σε αυτά τα ερωτήματα, η ομάδα δημιούργησε ένα μοντέλο συμπεριφοράς χρησιμοποιώντας ένα σύστημα εικονικής πραγματικότητας όπου τα ποντίκια σχημάτιζαν συγκεκριμένες αναμνήσεις. «Ο Αντρέα Τερσέρος, μεταδιδακτορικός στο εργαστήριό μου, ανέπτυξε ένα κομψό μοντέλο συμπεριφοράς που μας επέτρεψε να ξεπεράσουμε αυτό το πρόβλημα με έναν νέο τρόπο. Με τη διαφοροποίηση της συχνότητας επανάληψης ορισμένων εμπειριών, καταφέραμε να κάνουμε τα ποντίκια να θυμούνται κάποια πράγματα καλύτερα από άλλα, και στη συνέχεια να εξετάσουμε τον εγκέφαλο για να δούμε ποιοι μηχανισμοί συσχετίζονταν με την επιμονή της μνήμης», δήλωσε η Ρατζασετουπάτι.

Αλλά ο συσχετισμός δεν ήταν αρκετός. Για να αποδείξει την αιτιότητα, η Σελίν Τσεν, επίσης επικεφαλής της μελέτης, ανέπτυξε μια πλατφόρμα διαλογής CRISPR για τον χειρισμό γονιδίων στον θάλαμο και τον φλοιό. Με αυτό το εργαλείο, μπόρεσαν να αποδείξουν ότι η αφαίρεση ορισμένων μορίων επηρέαζε τη διάρκεια της μνήμης. Για κάθε μόριο που αφαιρέθηκε, η διάρκεια της μνήμης επηρεαζόταν σε διαφορετικό βαθμό.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η μακροπρόθεσμη μνήμη δεν διατηρείται από έναν μόνο (μοριακό) διακόπτη on/off, αλλά από μια σειρά γονιδιακών ρυθμίσεων που ξεδιπλώνονται με την πάροδο του χρόνου και σε όλες τις περιοχές του εγκεφάλου, σαν μια αλληλουχία μοριακών χρονομέτρων.

Τα αρχικά χρονόμετρα ενεργοποιούνται γρήγορα και εξασθενούν το ίδιο γρήγορα, επιτρέποντας την ταχεία λήθη. Τα μεταγενέστερα χρονόμετρα δρουν πιο αργά, αλλά δημιουργούν αναμνήσεις που κρατούν περισσότερο. Αυτή η σταδιακή διαδικασία επιτρέπει στον εγκέφαλο να προωθεί σημαντικές εμπειρίες σε μακροπρόθεσμη αποθήκευση, ενώ οι υπόλοιπες εξασθενούν.

Σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την επανάληψη ως δείκτη σπουδαιότητας, συγκρίνοντας αναμνήσεις από συχνά επαναλαμβανόμενες καταστάσεις με αναμνήσεις που συναντώνται λιγότερο συχνά.

Η ομάδα εντόπισε τρεις μεταγραφικούς ρυθμιστές: Camta1 και Tcf4 στον θάλαμο και Ash1l στον πρόσθιο φλοιό του προσαγωγίου, οι οποίοι δεν είναι απαραίτητοι για τον αρχικό σχηματισμό μνήμης, αλλά είναι κρίσιμοι για τη διατήρησή της. Η διακοπή των Camta1 και Tcf4 διαταράσσει τις λειτουργικές συνδέσεις μεταξύ του θαλάμου και του φλοιού, οδηγώντας σε απώλεια μνήμης.

Δηλαδή, αφού σχηματιστεί η βασική μνήμη στον ιππόκαμπο, η Camta1 και οι στόχοι της διασφαλίζουν την αρχική διατήρηση της μνήμης. Με την πάροδο του χρόνου, η Tc4 και οι στόχοι της ενεργοποιούνται επιτυγχάνοντας κυτταρική προσκόλληση και δομική υποστήριξη για την περαιτέρω διατήρηση της μνήμης. Τέλος, η Ash1l στρατολογεί προγράμματα αναδιαμόρφωσης χρωματίνης που καθιστούν τη μνήμη πιο επίμονη.

«Αν δεν προωθήσετε τις αναμνήσεις σε αυτούς τους χρονοδιακόπτες, να είστε προετοιμασμένοι να τις ξεχάσετε γρήγορα», τόνισε η Ρατζασετουπάτι.

Ο τρίτος ρυθμιστής, Ash1l, ανήκει σε μια οικογένεια πρωτεϊνών (ιστονικές μεθυλοτρανσφεράσες), οι οποίες διατηρούν τη μνήμη και σε άλλα βιολογικά συστήματα. «Στο ανοσοποιητικό σύστημα, αυτές οι πρωτεΐνες βοηθούν το σώμα να θυμάται παρελθούσες λοιμώξεις. Επίσης κατά την ανάπτυξη, βοηθούν τα κύτταρα να θυμούνται ότι έχουν γίνει νευρώνες ή μυς και να διατηρούν την ταυτότητά τους μακροπρόθεσμα. Ο εγκέφαλος μπορεί να χρησιμοποιεί ξανά αυτές τις πανταχού παρούσες μορφές κυτταρικής μνήμης για να υποστηρίξει γνωστικές μνήμες», ανέφερε η Ρατζασετουπάτι.

Τα ευρήματα μπορεί να έχουν επιπτώσεις και σε ασθένειες που σχετίζονται με τη μνήμη.

Η Ρατζασετουπάτι υποψιάζεται ότι, εντοπίζοντας τα γονιδιακά προγράμματα που διατηρούν τη μνήμη, οι ερευνητές μπορεί τελικά να βρουν τρόπους για να δρομολογήσουν τη μνήμη μέσω εναλλακτικών κυκλωμάτων και γύρω από κατεστραμμένα μέρη του εγκεφάλου σε καταστάσεις όπως η νόσος Αλτσχάιμερ. Όπως είπε χαρακτηριστικά, «αν γνωρίζουμε τη δεύτερη και την τρίτη περιοχή που είναι σημαντικές για την ενοποίηση της μνήμης και έχουμε νευρώνες που πεθαίνουν στην πρώτη περιοχή, ίσως μπορούμε να παρακάμψουμε την κατεστραμμένη περιοχή και να αφήσουμε τα υγιή μέρη του εγκεφάλου να αναλάβουν τον έλεγχο».

Τα επόμενα βήματα της Ρατζασετουπάτι θα επικεντρωθούν στην αποκάλυψη του τρόπου με τον οποίο ενεργοποιούνται οι διάφοροι μοριακοί χρονοδιακόπτες και τι καθορίζει τη διάρκειά τους. Ουσιαστικά, τι λέει στον εγκέφαλο πόσο σημαντική είναι μια μνήμη και πόσο πρέπει να διαρκέσει; Το εργαστήριό της επικεντρώνεται ιδιαίτερα στον ρόλο του θαλάμου, τον οποίο έχουν αναγνωρίσει ως κρίσιμο κόμβο λήψης αποφάσεων σε αυτή τη διαδικασία.

«Ενδιαφερόμαστε να κατανοήσουμε τη ζωή μιας μνήμης πέρα ​​από τον αρχικό σχηματισμό της στον ιππόκαμπο. Πιστεύουμε ότι ο θάλαμος και οι παράλληλες ροές επικοινωνίας του με τον φλοιό είναι καθοριστικές σε αυτή τη διαδικασία», κατέληξε η ερευνήτρια.