2013. aug 01.

76. Gombnyomásra előhívott emlékek

írta: _Maverick
76. Gombnyomásra előhívott emlékek

Egyetlen oka van annak, hogy az emberek szorosan ragaszkodnak az emlékeikhez: az emlék az egyetlen dolog, ami nem változik, mikor minden más igen..”

-Tipikus Facebook üzenőfal bölcsesség-

cartoon1-3.jpgAz idézetből érezhető, hogy a mai gondolatmenetet nagyon messziről indítjuk: valahonnan a bulvár táptalaján gyökeret verő Coelho gondolatokkal meghintett lebowski-i értelemben vett nihilizmustól rugaszkodunk el, hogy meg se álljunk az agykutatás legforradalmibb vívmányáig, melynek bemutatásához gyakorlatilag minden eddigi, a témakörben a blog hasábjain felhalmozott ismeretre szükség lesz. Hogy miért ez a két soros szösszenet az oldal tetején? Mert az MIT Susumu Tonegawa által vezetett laborjában Steve Ramirez – aki mindössze graduate student (ez a Bsc-től a doktori disszertációig vezető pálya az amerikai rendszerben) – és Xu Liu megmutatták, hogy bizony az emlékek is változnak. Ez még önmagában nem lenne nagy szenzáció, hiszen ismert a mondás: „megszépülnek az emlékek”. Az viszont már az, hogy a változás irányítottan történt a kísérleti egér agyában, gombnyomásra! Mintegy ráadásként pedig sikerült hamis emlékeket is előállítani a névtelen hős rágcsáló hippokampuszában.

/Angol nyelven, felirat nélkül alább megtekinthető Steve és Xu duettje, amint a kísérlet mibenlétét és eredményeit igen szórakoztató és tartalmas formában prezentálják./

Az emlékek befolyásolásához két dologra van szükség, melyek egyike sem fogható meg könnyen: az eltárolt emlékek helyére, és valamilyen vezérlésre. Mivel egy agyról beszélünk és a benne kapcsolódó szinte végtelen mennyiségű neuronról, így mind a két részfeladat óriási kihívást jelent. Olyannyira, hogy az a kérdés, miszerint megtalálhatunk-e egy konkrét emléket a neuronok kusza hálójában, még mindig nem tisztázott. Annyi bizonyos, hogy jelenleg nem megoldott a probléma, és igen nagy valószínűséggel ez az egyedi agyak különbözősége miatt ez így is marad. Azt meg lehet mondani fMRI felvételek segítségével – hosszas kalibrálás után –, hogy az adott páciens éppen egy arcra vagy egy házra gondol esetleg, de azt nem, hogy kinek az arcára. Még bonyolultabb lenne a helyzet, ha egy egérnek akarnánk ilyen jellegű kérdéseket feltenni...

A meglévő emlékek előbányászása helyett azt az utat választották a kutatók, hogy megfigyeltek egy friss emléket annak formálódása közben, és megjelölték azokat a sejteket, amelyek részt vettek ebben a tevékenységben. Nézzük miként lehetséges mindez!

optogenetics.jpegA rendszeres olvasók már akár sejthetik is, hogy az optogenetika módszerét hívták segítségül, melynek lényege, hogy bizonyos sejteket fénnyel aktiválhatóvá tesznek. A memória működéséről szóló cikkünkben bemutattuk, hogy az emlékek eltárolásakor megváltoznak a neuronok közti kapcsolatok, bizonyos idegsejtek aktiválódnak, megfelelő fehérjék termelődnek. Az aktivált sejtekben lejátszódó folyamatok parancssora a génekbe van kódolva. A kutatók beazonosították, hogy mely génszakasz kerül leolvasásra az emlékek formálódása közben, majd ezt a génszakaszt módosították úgy, hogy aktiválódás esetén a sejt fényérzékeny opszin fehérjéket is előállítson. A módosított géneket vírusok segítségével juttatták be az agyba.

Ezzel el is készült a jelölőrendszer! A kísérleti egeret új környezetbe helyezve az új emlékeket raktároz el az őt érő impulzusokról. Eközben a megfelelő sejtjei aktiválódnak, és az újonnan rájuk ruházott képességeiknél fogva opszinokat is termelnek. Hála a fényérzékeny receptoroknak, ha megvilágítjuk ezeket a sejteket, akkor azok aktivált állapotba kerülnek, és jelet bocsátanak ki (a neuronok közti kommunikációval részletesen foglalkoztunk az előző bejegyzésben). A fénnyel így elméletileg újra előhívhatóak az új emlékek! Mindezt azonban kísérletileg is igazolni kellett.

hippo.jpgAz első kísérletben az egeret – a való világban forgatott Inception DiCaprioját – behelyezték egy kamrába. Rövid idő elteltével a padlóba enyhe áramot vezettek, ezzel megrémisztve az állatot. A rágcsáló természetes reakciója az ilyen ijedelemre az, hogy teljesen ledermed. Próbál minél inkább mozdulatlan és ezáltal észrevétlen maradni. Az új emlék tehát az, hogy az adott kamrában valami ijesztő történik. A tudósok reményei szerint a módszerükkel sikerült megjelölniük az emlékkel kapcsolatba hozható sejteket. Ezek a memória formálása terén kulcsszerepet játszó hippokampuszban találhatóak – melynek elhelyezkedése az oldalsó ábrán látható –, és az alábbi felvételen piros színnel kerültek feltüntetésre:

memory-traces-hippocampus-mouse-mit.jpg

Egy új dobozba áthelyezve az állatot, az elkezdte bejárni, felfedezni a térséget a természetes kíváncsiságánál fogva. Félelemnek nyoma sem volt. Ha visszakerült az előző helyre, akkor viszont emlékei miatt az áram bekapcsolása nélkül is ledermedt a félelemtől. Jöhetett hát a nagy teszt a teória ellenőrzésére. Az új, ártalmatlan dobozban gondtalanul rohangáló élőlény agyában felvillantották a fényt, ezzel aktiválták a megjelölt sejteket. Az egér a másik dobozban látott módon ledermedt... (a videón 9:07-től látható a kísérlet ezen szakasza). Sikerült tehát a történelem során először gombnyomásra előhívni egy konkrét emléket a hippokampusz rejtett zugaiból!

Felmerült a kérdés, hogy meg is változtathatóak-e az emlékek, vagyis lehetséges-e valamiféle hamis asszociációt létrehozni az agyban. Egy leleményes csavarral ennek is sikerült utánajárniuk az MIT tudósainak.

mousescare.jpg

Ezúttal a vizsgált egeret nem érte sokk az első kamrában, az új emlék tehát egyszerűen csak az új kamra volt, nem társult ehhez semmiféle veszélyérzet. A második kamrában az agyba vezetett fény segítségével előhívták az első, ártalmatlan kamra emlékét, és eközben kapcsolták be az áramot az aljzatban. Nagy kérdés volt, hogy milyen asszociációk alakulnak ki így. Visszarakva az egeret az első dobozba, azt tapasztalták, hogy az egér ledermedt mindenféle külső hatás alkalmazása nélkül is. Ez azt jelenti, hogy a veszélyérzet közben előhívott kamra emléke összekapcsolódott magával a veszélyérzettel, és ennek eredményeként az amúgy barátságos első környezet félelmetessé vált az alany számára! Egyszerűen fogalmazva azt mondhatjuk, hogy egy hamis emléket hoztak létre az egér agyában az első kamráról.

mib.jpgBizonyára sok olvasó fejében sikerült opszinok nélkül is aktiválnunk néhány sci-fivel kapcsolatos emléket. Vannak, akik esetleg egy hihetetlen jövő lenyűgöző ígéretét látják a fentiekben, mások pedig talán központilag, gombnyomásra irányított, agymosott „zombikat” vizionálnak. Mielőtt bármilyen szélsőségre ragadtatnánk magunkat, fontos látnunk az eljárás pillanatnyi korlátait. Egy bonyolult beavatkozás után egyetlen új, tulajdonképpen egyszerű emlék vált elérhetővé, a korábbiak továbbra is azonosíthatatlanok maradtak. Mindez rettenetesen messze van attól, hogy szabadon manipuláljunk minden elraktározott információt, a két dolog közt elvi szakadék tátong.

Miért fontos mégis ez az áttörés? Mert sokat segít a memória működésének megértésében. A kísérlet igazolta a memóriák formálódásáról alkotott elképzeléseinket, továbbá megmutatta azt is, hogy hamis emlékek nem csak létrejöhetnek a neuronok közti kusza interakciók következtében, de pontosan ugyanúgy raktározódnak el, mint a valódiak, ezért nem meglepő, hogy néha milyen bizonyossággal tudunk ragaszkodni téves dolgokhoz. Ennél is fontosabb lehet azonban az, hogy a hamis emlékek megváltoztathatósága, illetve az erre való képesség közelebb vihet olyan súlyos neurológiai betegségek megértéséhez és kezeléséhez mint a skizofrénia, amikor is a nem létező dolgok lényegében egy külön világot hoznak létre a szenvedő páciens körül... Ha ezeket képesek lennénk eliminálni, az milliók életén segíthetne.  

Források

Neuroscience News

MIT Technology Review

Szólj hozzá

memória agykutatás fókuszpont optogenetics