Φανταστείτε ότι ενώ απολαμβάνετε το πρωινό σας μπολ με δημητριακά, μια αράχνη πέφτει από το ταβάνι και μέσα στο γάλα. Χρόνια αργότερα, δεν μπορείτε ακόμα να πλησιάσετε ένα μπολ με δημητριακά χωρίς να νιώθετε αηδία. Οι ερευνητές έχουν τώρα άμεσα παρατηρήσει τι συμβαίνει μέσα σε έναν εγκέφαλο μαθαίνοντας αυτό το είδος συναισθηματικά φορτισμένης απόκρισης. Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε τον Ιανουάριο στο Proceedings of the National Academy of Sciences, μια ομάδα στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνια μπόρεσε να οπτικοποιήσει αναμνήσεις που σχηματίζονται στον εγκέφαλο εργαστηριακών ψαριών, απεικονίζοντάς τα στο μικροσκόπιο καθώς άνθιζαν με όμορφα φωσφορίζοντα χόρτα. Περίμεναν ότι ο εγκέφαλος θα κωδικοποιούσε τη μνήμη τροποποιώντας ελαφρά τη νευρική αρχιτεκτονική του. Αντίθετα, οι ερευνητές έμειναν έκπληκτοι όταν βρήκαν μια σημαντική αναθεώρηση στις συνδέσεις.
Αυτό που είδαν ενισχύει την άποψη ότι η μνήμη είναι ένα σύνθετο φαινόμενο που περιλαμβάνει ένα σωρό μονοπάτια κωδικοποίησης. Αλλά υποδηλώνει περαιτέρω ότι ο τύπος της μνήμης μπορεί να είναι κρίσιμος για τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος επιλέγει να την κωδικοποιήσει – ένα συμπέρασμα που μπορεί να υπαινίσσεται γιατί ορισμένα είδη τραυματικών αντιδράσεων είναι τόσο επίμονα και τόσο δύσκολο να ξεμαθηθούν. “Μπορεί αυτό που εξετάζουμε να είναι το ισοδύναμο μιας κίνησης στερεάς κατάστασης” στον εγκέφαλο, δήλωσε ο συν-συγγραφέας Scott Fraser, ποσοτικός βιολόγος στο USC. Ενώ ο εγκέφαλος καταγράφει ορισμένους τύπους αναμνήσεων σε μια πτητική, εύκολα διαγραφόμενη μορφή, οι μνήμες που προκαλούν φόβο μπορεί να αποθηκευτούν πιο δυνατά, κάτι που θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί χρόνια αργότερα, μερικοί άνθρωποι μπορούν να ανακαλέσουν μια ανάμνηση σαν να την ξαναζούσαν, είπε.
Η μνήμη έχει μελετηθεί συχνά στον φλοιό, που καλύπτει την κορυφή του εγκεφάλου των θηλαστικών, και στον ιππόκαμπο στη βάση. Αλλά έχει εξεταστεί λιγότερο συχνά σε βαθύτερες δομές όπως η αμυγδαλή, το κέντρο ρύθμισης του φόβου του εγκεφάλου. Η αμυγδαλή είναι ιδιαίτερα υπεύθυνη για τις συνειρμικές αναμνήσεις, μια σημαντική κατηγορία συναισθηματικά φορτισμένων αναμνήσεων που συνδέουν ανόμοια πράγματα, όπως αυτή η αράχνη στα δημητριακά σας. Αν και αυτός ο τύπος μνήμης είναι πολύ κοινός, ο τρόπος με τον οποίο σχηματίζεται δεν είναι καλά κατανοητός, εν μέρει επειδή εμφανίζεται σε μια σχετικά απρόσιτη περιοχή του εγκεφάλου.
Ο Fraser και οι συνεργάτες του είδαν την ευκαιρία να ξεπεράσουν αυτόν τον ανατομικό περιορισμό και να μάθουν περισσότερα για το σχηματισμό συνειρμικής μνήμης χρησιμοποιώντας ψάρια ζέβρα. Τα ψάρια δεν έχουν αμυγδαλή όπως τα θηλαστικά, αλλά έχουν μια ανάλογη περιοχή που ονομάζεται πάλλιο όπου σχηματίζονται συνειρμικές μνήμες. Το πάλλιο είναι πολύ πιο προσιτό για μελέτη, εξήγησε ο Φρέιζερ: Ενώ ένας αναπτυσσόμενος εγκέφαλος θηλαστικού μεγαλώνει απλά μεγαλώνοντας, φουσκώνοντας σαν να είναι μπαλόνι, ο εγκέφαλος του ψαριού ζέβρας γυρίζει σχεδόν μέσα προς τα έξω σαν πυρήνα ποπ κορν, έτσι αυτά τα βαθιά κέντρα βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια όπου μπορούμε να τα απεικονίσουμε. Επιπλέον, οι προνύμφες ψαριών ζέβρας είναι διαφανείς, ώστε οι ερευνητές να μπορούν να κοιτάζουν απευθείας στον εγκέφαλό τους.
Οι νευροεπιστήμονες γενικά συμφωνούν ότι ο εγκέφαλος σχηματίζει αναμνήσεις τροποποιώντας τις συνάψεις του – τις μικροσκοπικές συνδέσεις όπου συναντώνται οι νευρώνες. Αλλά οι περισσότεροι πιστεύουν ότι το κάνει κυρίως τροποποιώντας την ισχύ των συνδέσεων ή πόσο ισχυρά ένας νευρώνας διεγείρει τον επόμενο, είπε ο Fraser. Έτσι, για να γίνει ορατή αυτή η διαδικασία, ο Fraser και η ομάδα του κατασκεύασαν γενετικά ψάρια ζέβρα για να παράγουν νευρώνες με έναν δείκτη φθορίζουσας πρωτεΐνης συνδεδεμένο στις συνάψεις τους. Η πρωτεΐνη-δείκτης, που δημιουργήθηκε στο εργαστήριο του Don Arnold, καθηγητή βιολογικών επιστημών και βιολογικής μηχανικής στο USC, φθόρισε κάτω από το αμυδρό φως λέιζερ ενός προσαρμοσμένου μικροσκοπίου.
Η πρόκληση ήταν “να μπορέσουμε να κρυφακούσουμε κάτι καθώς συμβαίνει”, αλλά να χρησιμοποιούμε όσο το δυνατόν λιγότερο φως για να αποφύγουμε να καψαλίσουμε τα πλάσματα, είπε ο Φρέιζερ. Οι ερευνητές μπορούσαν στη συνέχεια να δουν όχι μόνο τη θέση των μεμονωμένων συνάψεων αλλά και τη δύναμή τους – όσο πιο έντονο είναι το φως, τόσο ισχυρότερη ήταν η σύνδεση. Για να προκαλέσουν μια ανάμνηση, ο Fraser και η ομάδα του έθεσαν τις προνύμφες των ψαριών ζέβρας για να συσχετίσουν το φως με την άβολη θέρμανση, όπως ο Ρώσος φυσιολόγος του 19ου αιώνα, Ivan Pavlov, προμήθευε τα σάλια του στα σκυλιά του περιμένοντας μια λιχουδιά όταν άκουσαν τον ήχο ενός κουδούνι. Οι προνύμφες των ψαριών ζέβρας έμαθαν να προσπαθούν να κολυμπήσουν μακριά όποτε έβλεπαν το φως.
Οι ερευνητές απεικόνισαν το πάλλιο πριν και μετά την εκμάθηση των ψαριών και ανέλυσαν τις αλλαγές στη δύναμη και τη θέση των συνάψεων. Σε αντίθεση με την προσδοκία, οι συναπτικές δυνάμεις στο παλλίιο παρέμειναν περίπου οι ίδιες, ανεξάρτητα από το αν τα ψάρια έμαθαν κάτι. Αντίθετα, στα ψάρια που έμαθαν, οι συνάψεις κλαδεύτηκαν από ορισμένες περιοχές του παλλίου – δημιουργώντας ένα αποτέλεσμα “σαν να κόβεις ένα δέντρο μπονσάι”, είπε ο Φρέιζερ – και σε άλλες φυτεύτηκαν ξανά. Προηγούμενες μελέτες έχουν υποδείξει μερικές φορές ότι οι μνήμες μπορούν να σχηματιστούν μέσω της προσθήκης και της διαγραφής συνάψεων – αλλά αυτή η απεικόνιση του εγκεφάλου σε πραγματικό χρόνο και μεγάλης κλίμακας υποδηλώνει ότι αυτή η μέθοδος σχηματισμού μνήμης μπορεί να είναι πολύ πιο σημαντική από ό,τι κατάλαβαν οι ερευνητές.