SiNAPSA, sreda, 26. julij 2017

eSiNAPSA

Spletna revija za znanstvenike, strokovnjake
in nevroznanstvene navdušence

Se spomnite, kako vas je bilo strah, ko ste bili prvič tu ... ?

Mara Bresjanac

Spomini so varljiva reč. Večinoma nas skrbi, da bi utegnili pozabiti kaj, česar ne bi smeli, a nedavni poskusi raziskovalcev v skupini Nobelovega nagrajenca Susumuja Tonegawe kažejo, da bi se pod določenimi pogoji morda lahko spomnili tudi na kaj, česar nismo doživeli.

Mara Bresjanac

Foto: Uroš Abram

Eksperimenti Tonegawove skupine1 so pokazali, da lahko pri miškah izzovejo vedenjski odziv (otrplost), skladen s podoživetjem strašljive izkušnje v nekem okolju, zgolj z aktivacijo ustreznih nevronov, ne da bi miške prej v tem okolju izkusile strah. Pri tem so uporabili optogenetski pristop, da so miškam umetno aktivirali spominski zapis (engram). (O optogenetiki, ki je bila v reviji Nature Methods proglašena za metodo leta 2010, smo v eSinapsi že pisali, zato bomo tu opisali le njeno uporabo pri ustvarjanju lažnih spominov).

Med zapomnitvijo novega prostora se v mišjem hipokampusu aktivira določen nabor nevronov. Aktivnost teh nevronov je temelj spominske sledi ali engrama danega prostora. Različna okolja aktivirajo različne skupine nevronov in pustijo za seboj različne engrame. Ko se miška znajde v že znanem prostoru, se aktivirajo povečini isti nevroni kot pri prvem raziskovanju tega okolja, kar prikliče spomin na prvo srečanje s prostorom in miška ob tem prepozna okolje.

Da bi lahko poljubno krmilili spominske celice, ki so si zapomnile določeni prostor, so znanstveniki uporabili transgenske miške (to je genetski del optogenetskega pristopa), pri katerih je bilo mogoče aktivne celice spoznati po njihovem izražanju posebne molekule (ChR2-mCherry). Gen za to molekulo so miškam vstavili tako, da so na njegovo prepisovanje lahko vplivali z antibiotikom doksiciklinom: ko so miši uživale hrano z antibiotikom, je bilo prepisovanje gena zavrto, ko antibiotika ni bilo v hrani, pa so aktivirani nevroni izražali ChR2-mCherry. Kjučno za izvedbo poskusa je to, da je ChR2-mCherry služil ne le kot pokazatelj aktivacije nevronov med pomnenjem, temveč tudi kot tarča za svetlobo določene valovne dolžine (modri laser; to je optični del optogenetskega pristopa). Ko so z modrim laserjem osvetlili hipokampus mišk, ki so se poprej brez antibiotika razgledale po določenem prostoru in si ga zapomnile, so selektivno vzdražili le celice, ki so izražale ChR2-mCherry, torej nevrone, ki so si zapomnili raziskani prostor. Tako so z laserjem osvežili engram in miškam domnevno priklicali spomin na isti prostor. A bistven, novi del poskusa šele pride! Miške, ki jih med raziskovanjem okolja v tačko strese električni sunek, se pozneje ob srečanju z istim okoljem vedejo tako, kot bi ob prepoznavi okolja, kjer so doživele bolečo izkušnjo, otrpnile od strahu. Znanstveniki so transgenske miške z genom za ChR2-mCherry brez antibiotika pustili, da so raziskale prostor A. Ob tem so se aktivirali določeni nevroni v hipokampusu. Potem so jih umaknili iz tega okolja in jim dali antibiotik ter s tem zavrli nadaljno prepisovanje gena za ChR2-mCherry. Dali so jih v prostor B, kjer jih je med raziskovanjem stresel elektrošok in so se naučile otrpniti od strahu. Čeprav je prostor B aktiviral druge hipokampalne nevrone kot okolje A, pa so raziskovalci med elektrošoki v prostoru B z laserskimi pulzi osvetljevali hipokampus. To je aktiviralo engram prostora A. Ko so miške tako naučili strahu v prostoru B ob sočasnem osveževanju engrama za prostor A, so jih naslednji dan izpostavili bodisi znanemu okolju A bodisi novemu prostoru C. Delovna hipoteza je bila, da s kombinacijo elektrošokov v prostoru B ter lasersko osvežitvijo engrama prostora A lahko umetno ustvarijo lažen strašljiv spomin na bolečo izkušnjo v okolju A. Zato naj bi miške ob vnovičnem srečanju z okoljem A otrpnile, medtem ko se to ne bi dogajalo v novem okolju C, ki aktivira nov, drugačen nabor nevronov kot bodisi okolje A ali B. In prav to se je pokazalo: miške so v okolju A pogosto otrpnile kot bi se spominjale bolečih elektrošokov, medtem ko otrplost v okolju C ni bila pogostejša kot v bazalnih razmerah, ko miške previdno, a radovedno raziskujejo novo okolje.

Raziskava je vključevala še dodatne poskuse, ki so predvsem služili za kontrolo opisanega osrednjega eksperimenta. Njihovi rezultati kažejo, da je za opisani učinek pomembna aktivacija nevronov hipokampalne zobate vijuge (gyrus dentatus), medtem ko analogna manipulacija področja CA1 v hipokampusu ni dala enakega učinka, ter da tako lažni kot dejanski spomin na strašljivo izkušnjo vključuje tudi aktivacijo amigdal. V sklepnem delu svojega prispevka Tonegawa in sodelavci razpravljajo o možnih vzrokih za drugačne rezultate, ki so jih v podobnem poskusu dobili drugi raziskovalci2 in ki niso nakazovali na uspešno ustvarjanje lažnih spominov. Svoje izsledke razlagajo s svojim prostorsko in časovno bolj selektivnim pristopom k aktivaciji nevronov kot so ga uporabili v predhodni raziskavi.

Med nami in poskusnimi miškami s transgenom in vsajenimi laserji je precej razlik. Vseeno pa sta nam skupni tako temeljna molekularna biologija, kot tudi konstruktivna narava spomina, ki je ranljiv in podvržen zunanjim vplivom med vsakokratnim priklicem. Zato raziskovalci previdno rišejo vzporednice med svojimi rezultati na miškah in ustvarjanjem lažnih spominov pri ljudeh: spontan priklic izkušnje lahko v kontekstu trenutnih, čustveno nabitih dražljajev botruje rojstvu novega, drugačnega spomina. Takega, ki ustreza novim razmeram.

    ___
  1. Ramirez S, Liu X, Lin PA, Suh J, Pignatelli M, Redondo RL, Ryan TJ, Tonegawa S. Creating a false memory in the hippocampus. Science 2013; 341(6144): 387–91; doi: 10.1126/science.1239073. 

  2. Garner AR, Rowland DC, Hwang SY, Baumgaertel K, Roth BL, Kentros C, Mayford M. Generation of a synthetic memory trace. Science 2012; 335(6075): 1513–6; doi: 10.1126/science.1214985. 

prof. dr. Mara Bresjanac, dr. med.
Laboratorij za regeneracijo in plastičnost živčevja
Inštitut za patološko fiziologijo, Medicinska fakulteta Univerze v Ljubljani