Разкриха какъв е механизмът на дълготрайната памет
Дори в преклонна възраст резервираме доста ярки и трайни мемоари за – от време на време доста къси – моменти от ранното ни детство. Въпреки че тези мемоари безспорно са част от така наречен дълготрайна памет, остава неразбираемо по какъв начин тъкмо мозъкът съумява да запази тази подробна информация за доста дълъг интервал от време. Биолози от Медицинския лицей „ Алберт Айнщайн “ в този момент дават някои отговори.
Някои аспекти на клетъчната основа на паметта са към този момент известни. Знаем, че спомените се основават от нервните кафези (неврони) и по-късно се съхраняват в област от мозъка, наречена хипокампус. Те се образуват, когато многократното стимулиране на невроните укрепва връзките сред тях (синапсите). Дълготрайните мемоари изискват изключително мощни синаптични връзки; те се стабилизират от характерни протеини, кодирани от по този начин наречените непосредствени ранни гени (IEG).
IEG са гени, които се задействат бързо и кратковременно в отговор на необятен набор от клетъчни тласъци. Въпреки това към момента не е известно по какъв метод IEG съумяват да запазят дълготрайна памет макар бързия оборот на транскрипти и протеини.
„ Парадоксът се състои в това, че образуването на дълготрайната памет лишава доста време – няколко часа – до момента в който мРНК и протеините, свързани с производството на нужните протеини, изчезват за по-малко от час “, отбелязва доктор Сулагна Дас, доцент в катедрата по клетъчна биология и основен създател на проучването.
В опит да хвърлят светлина върху този развой Дас и сътрудниците му изследват дълготрайната динамичност на гените след невронна стимулация при лабораторни мишки. Те са разработели специфичен модел за мишка, при който всички мРНК молекули на гена Arc са флуоресцентно маркирани. Генът Arc е IEG, който взе участие в другите форми на синаптична гъвкавост и играе значима роля в трансформирането на нашия опит в дълготрайни мемоари.
Екипът е подтикнал синапсите в мишите хипокампални неврони и по-късно, употребявайки техники за визуализация с висока резолюция, е визуализирал динамичността на мРНК на Arc в режим на действително време в обособени неврони както в култури, по този начин и в мозъчни тъкани.
Неочаквано откривателите откриват, че един-единствен подтик на стимулация е задоволителен, с цел да провокира няколко цикъла на транскрипционна реактивация в еднакъв неврон – цикли, при които генът Arc, който кодира паметта, създава мРНК молекули, които по-късно се трансформират в протеини Arc, укрепващи синапса.
По този метод новите Arc протеини влизат в позитивна саморегулираща се противоположна връзка, с цел да рестартират транскрипцията.
„ Някои от протеиновите молекули, създадени от този първичен синаптичен тласък, се връщат към Arc и го задействат още веднъж, като стартират различен цикъл на формиране на мРНК и произвеждане на протеини, последван от още няколко “, изяснява доктор Робърт Сингър, шеф на Програмата за биология на РНК в колежа „ Алберт Айнщайн “ и съавтор на проучването.
Този цикъл на противоположна връзка, който разрешава образуването на дълготрайни мемоари, до момента не е бил прочут.
Екипът означи още, че Arc mRNA, генерирани от тези поредни цикли, се локализират най-вече в местата, маркирани с предходния Arc протеин, като по този метод образуват транслационни „ горещи точки “ по продължение на дендритите, формирайки местни центрове за Arc протеина. С течение на времето тези „ центрове “ се поддържат от последващите цикли на синтез, локализация и транслация на мРНК.
„ Тези цикли на взаимоотношение сред транскрипция и транслация подкрепят експресията на протеина и обезпечават механизъм, посредством който краткосрочно събитие може да е запази в дълготрайната памет “, обобщават откривателите в списание Neuron.
Д-р Сингър дава образец със заучаването на стихотворение. Той изяснява, че с цел да запомните стихотворение за дълго време, първо би трябвало да го прочетете няколко пъти. Всяко ново четене може да се преглежда като периодически тласък, всеки от които ще прибавя нови протеини за противоположна връзка към синапса – за създаване и подсилване на паметта.
„ Способността да се усвоява нова информация и да се съхранява за дълъг интервал от време е една от най-забележителните характерности на мозъка “, споделя той.
За страдание този необикновен механизъм от време на време не действа вярно. Д-р Дас отбелязва, че дефектната експресия на гена Arc се свързва с нарушавания на паметта при хората, както и с неврологични разстройства като разстройствата от аутистичния набор, шизофренията и заболяването на Алцхаймер. По-доброто схващане на молекулярните функционалности на този ген, по-специално на реакцията му към стимулацията на нервните кафези, може да помогне за идентифициране на аргументите за тези нарушавания.
Да напомним, че неотдавна бе открита неповторима форма на продан на известия сред клетките в човешкия мозък, която не е била следена до момента. Откритието демонстрира, че нашият мозък може да е доста по-мощно изчислително устройство, в сравнение с сме предполагали.
Мозъкът – изключително човешкият – постоянно се съпоставя с компютър. Аналогията, несъмнено, е доста лимитирана, само че на някои равнища те в действителност извършват сходни задания. И двата употребяват електрическо напрежение, с цел да правят разнообразни интервенции.
В компютрите това става посредством прекосяване на електрони в транзисторите. В невроните сигналът се предава като вълна от отварящи се и затварящи се канали, които обменят заредени частици като натрий, хлор и калий. Този подтик от протичащи йони се назовава капацитет на деяние.
