Μια νέα επιστημονική μελέτη ρίχνει φως στον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος μετατρέπει τις καθημερινές εμπειρίες σε μακροπρόθεσμες αναμνήσεις, θεμελιώνοντας την ταυτότητά μας και διαμορφώνοντας την αντίληψή μας για τον κόσμο.

Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στην έγκριτη επιστημονική επιθεώρηση Nature, υποδεικνύουν ότι η μακροπρόθεσμη μνήμη δημιουργείται μέσω μιας σειράς μοριακών μηχανισμών που λειτουργούν σαν «χρονοδιακόπτες», ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου.

Οι ερευνητές, χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο συμπεριφοράς βασισμένο σε εικονική πραγματικότητα σε ποντίκια, ανακάλυψαν ότι τη μακροχρόνια μνήμη ενορχηστρώνουν ρυθμιστές που είτε ενισχύουν τις αναμνήσεις σε πιο σταθερές μορφές, είτε τις αποδυναμώνουν μέχρι να ξεχαστούν εντελώς.

Η Priya Rajasethupathy, επικεφαλής του Skoler Horbach Family Laboratory of Neural Dynamics and Cognition, τονίζει: «Πρόκειται για μια καίρια αποκάλυψη, διότι εξηγεί πώς προσαρμόζουμε τη διάρκεια των αναμνήσεων. Αυτό που επιλέγουμε να θυμόμαστε είναι μια συνεχώς εξελισσόμενη διαδικασία και όχι μια στιγμιαία ενεργοποίηση ενός διακόπτη».

Για δεκαετίες, η έρευνα για τη μνήμη επικεντρωνόταν σε δύο βασικές περιοχές του εγκεφάλου: τον ιππόκαμπο, όπου σχηματίζεται η βραχυπρόθεσμη μνήμη, και τον φλοιό, όπου θεωρούνταν ότι αποθηκεύονται οι μακροπρόθεσμες μνήμες. Η Rajasethupathy επισημαίνει ότι «τα υπάρχοντα μοντέλα μνήμης περιλάμβαναν μόρια που λειτουργούν σαν τρανζίστορ, ως διακόπτες on/off».

Ωστόσο, αυτό το μοντέλο δεν εξηγούσε γιατί ορισμένες μνήμες διαρκούν εβδομάδες, ενώ άλλες παραμένουν ζωντανές για μια ολόκληρη ζωή. Το 2023, η Rajasethupathy και οι συνεργάτες της δημοσίευσαν μια εργασία που εντόπισε ένα εγκεφαλικό μονοπάτι που συνδέει τη βραχυπρόθεσμη με τη μακροπρόθεσμη μνήμη, με κεντρικό ρόλο να διαδραματίζει ο θάλαμος.

Ο θάλαμος, σύμφωνα με τα ευρήματα, όχι μόνο επιλέγει ποιες μνήμες θα διατηρηθούν, αλλά τις κατευθύνει στον φλοιό για σταθεροποίηση. Τα ευρήματα αυτά άνοιξαν τον δρόμο για ακόμη πιο θεμελιώδη ερωτήματα σχετικά με τους μοριακούς μηχανισμούς που προάγουν σημαντικές μνήμες προς τον φλοιό, ενώ υποβαθμίζουν τις λιγότερο σημαντικές σε λήθη.

Για να απαντήσουν στα ερωτήματα αυτά, η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε ένα μοντέλο συμπεριφοράς με σύστημα εικονικής πραγματικότητας, στο οποίο τα ποντίκια σχημάτιζαν συγκεκριμένες μνήμες. Η Andrea Terceros, μέλος της ομάδας, δημιούργησε ένα «κομψό μοντέλο που μας επέτρεψε να ανοίξουμε το πρόβλημα με νέο τρόπο», όπως δήλωσε η Rajasethupathy.

Παράλληλα, η Celine Chen ανέπτυξε μια πλατφόρμα CRISPR για χειρισμό γονιδίων στον θάλαμο και τον φλοιό, αποδεικνύοντας ότι η αφαίρεση συγκεκριμένων μορίων επηρέαζε τη διάρκεια της μνήμης και ότι κάθε μόριο ενεργούσε σε διαφορετικές χρονικές κλίμακες.

Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η μακροπρόθεσμη μνήμη δεν διατηρείται από έναν και μοναδικό μοριακό διακόπτη, αλλά από μια ακολουθία γονιδιακών προγραμμάτων που ξεδιπλώνονται με τον χρόνο και σε διαφορετικές εγκεφαλικές περιοχές, σαν μια σειρά μοριακών χρονοδιακοπτών. Οι πρώτοι χρονοδιακόπτες ενεργοποιούνται γρήγορα και εξασθενούν το ίδιο γρήγορα, επιτρέποντας την ταχεία λήθη, ενώ οι επόμενοι δρουν πιο αργά, αλλά παράγουν πιο ανθεκτικές μνήμες.

Οι ερευνητές εντόπισαν τρεις ρυθμιστές μεταγραφής: Camta1 και Tcf4 στον θάλαμο, και Ash1l στον πρόσθιο προσαγωγό φλοιό. Η διατάραξη των Camta1 και Tcf4 αποδυνάμωσε τις λειτουργικές συνδέσεις μεταξύ θαλάμου και φλοιού, οδηγώντας σε απώλεια μνήμης.

Σύμφωνα με το μοντέλο, μετά τον αρχικό σχηματισμό της μνήμης στον ιππόκαμπο, το Camta1 και οι στόχοι του εξασφαλίζουν την πρώιμη διατήρηση. Στη συνέχεια, το Tcf4 και οι στόχοι του ενεργοποιούνται, παρέχοντας κυτταρική πρόσδεση και δομική υποστήριξη. Τέλος, το Ash1l επιστρατεύει προγράμματα χρωματίνης που καθιστούν τη μνήμη ακόμη πιο επίμονη.

Ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι το Ash1l ανήκει σε μια οικογένεια πρωτεϊνών που διατηρούν μνήμη και σε άλλα βιολογικά συστήματα, όπως το ανοσοποιητικό και η ανάπτυξη.

Τα ευρήματα αυτά ενδέχεται να έχουν σημαντικές επιπτώσεις για ασθένειες που σχετίζονται με τη μνήμη, όπως η νόσος Αλτσχάιμερ. Η Rajasethupathy υποθέτει ότι εντοπίζοντας τα γονιδιακά προγράμματα που διατηρούν μια μνήμη, οι επιστήμονες μπορεί να βρουν τρόπους να την καθοδηγήσουν μέσω εναλλακτικών κυκλωμάτων, παρακάμπτοντας κατεστραμμένες περιοχές στον εγκέφαλο.

Τα επόμενα βήματα της ομάδας θα επικεντρωθούν στο τι ενεργοποιεί αυτούς τους μοριακούς χρονοδιακόπτες και τι καθορίζει τη διάρκειά τους, δηλαδή, τι λέει στον εγκέφαλο πόσο σημαντική είναι μια μνήμη και πόσο πρέπει να διαρκέσει. Το εργαστήριο της Rajasethupathy εστιάζει στον ρόλο του θαλάμου ως κρίσιμου κόμβου λήψης αποφάσεων, επιδιώκοντας να κατανοήσει τη «ζωή» μιας μνήμης πέρα από τον αρχικό σχηματισμό της στον ιππόκαμπο και τη σημασία των παράλληλων καναλιών επικοινωνίας του θαλάμου με τον φλοιό σε αυτή τη διαδικασία.