חשיפת המנגנונים הסלולריים של איחוד אנגרם ועידון הזיכרון

חשבו על תקופה שבה היו לכם שתי חוויות שונות אך דומות בתקופה קצרה. אולי השתתפת בשתי מסיבות חג באותו שבוע או הצגת שתי מצגות בעבודה. זמן קצר לאחר מכן, אתם עלולים למצוא את עצמכם מבלבלים בין השניים, אך ככל שעובר הזמן הבלבול הזה נסוג ואתם מסוגלים יותר להבדיל בין החוויות השונות הללו.

מחקר חדש שפורסם ב מדעי המוח בטבע שפורסם ב-19 בינואר, מגלה שתהליך זה מתרחש ברמה התאית, ממצאים שהם קריטיים להבנה ולטיפול בהפרעות זיכרון, כמו מחלת אלצהיימר.

אנגרמות דינמיות מאחסנות זיכרונות

המחקר מתמקד באנגרמות, שהם תאים עצביים במוח המאחסנים מידע זיכרון.

אנגרמים הם הנוירונים המופעלים מחדש כדי לתמוך בזיכרון הזיכרון. כאשר אנגרמות מופרעות, אתה מקבל אמנזיה".

Dheeraj S. Roy, PhD, אחד הכותבים הבכירים של המאמר ועוזר פרופסור במחלקה לפיזיולוגיה וביופיזיקה בבית הספר לרפואה וביו-רפואה ג'ייקובס באוניברסיטת באפלו

בדקות ובשעות שמיד לאחר חוויה, הוא מסביר, המוח צריך לגבש את האנגרמה כדי לאחסן אותה. "רצינו לדעת: מה קורה במהלך תהליך הקונסולידציה הזה? מה קורה בין הזמן שבו נוצר אנגרם ועד שאתה צריך להיזכר בזיכרון הזה מאוחר יותר?"

החוקרים פיתחו מודל חישובי ללמידה ויצירת זיכרון שמתחיל במידע חושי, שהוא הגירוי. ברגע שהמידע הזה מגיע להיפוקמפוס, החלק במוח שבו נוצרים זיכרונות, מופעלים נוירונים שונים, חלקם מעוררים ואחרים מעכבים.

כאשר נוירונים מופעלים בהיפוקמפוס, לא כולם יורים בבת אחת. כשהזכרונות נוצרים, נוירונים שבמקרה מופעלים מקרוב בזמן הופכים לחלק מהאנגרמה ומחזקים את הקישוריות שלהם כדי לתמוך בהיזכרות עתידית.

"הפעלה של תאי אנגרם במהלך זכירת זיכרון אינה תהליך של הכל או לא, אלא בדרך כלל צריך להגיע לסף (כלומר, אחוז מהאנגרמה המקורית) לצורך אחזור יעיל", מסביר רוי. "המודל שלנו הוא הראשון שהדגים שאוכלוסיית האנגרמה אינה יציבה: מספר תאי האנגרמה המופעלים במהלך ההיזכרות יורד עם הזמן, כלומר הם דינמיים באופיים, ולכן השאלה הקריטית הבאה הייתה האם יש לכך תוצאה התנהגותית ."

אנגרמות דינמיות נחוצות להבחנה בזיכרון

"במהלך תקופת הגיבוש לאחר הלמידה, המוח פועל באופן פעיל להפריד בין שתי החוויות וזו אולי אחת הסיבות לכך שמספר תאי האנגרמה המופעלים פוחת עם הזמן עבור זיכרון בודד", הוא אומר. "אם זה נכון, זה יסביר מדוע אפליית הזיכרון משתפרת ככל שעובר הזמן. זה כאילו הזיכרון שלך מהחוויה היה כביש מהיר אחד גדול בהתחלה, אבל עם הזמן, במהלך תקופת הגיבוש בסדר גודל של דקות עד שעות, המוח שלך מחלק אותם לשני נתיבים כדי שתוכל להבחין בין השניים."

לרוי ולנסיינים בצוות הייתה כעת השערה ניתנת לבדיקה, שאותה ביצעו באמצעות ניסוי התנהגותי מבוסס היטב עם עכברים. עכברים נחשפו לזמן קצר לשתי קופסאות שונות בעלות ריחות ותנאי תאורה ייחודיים; אחד מהם היה סביבה ניטרלית אבל בתיבה השנייה הם קיבלו הלם רגל קל.

כמה שעות לאחר אותה חוויה, העכברים, שבדרך כלל נעים ללא הרף, הפגינו זיכרון פחד על ידי הקפאה כאשר נחשפו לאחת מהקופסאות. "זה הוכיח שהם לא יכלו להבחין בין השניים", אומר רוי. "אבל עד שעה שתים עשרה, פתאום, הם הפגינו פחד רק כשהם נחשפו לקופסה שבה הם חשו אי נוחות במהלך ההתנסות הראשונה שלהם. הם הצליחו להבחין בין השניים. החיה אומרת לנו שהם יודעים את זה. בוקס הוא המפחיד אבל חמש שעות קודם לכן הם לא יכלו לעשות את זה".

באמצעות טכניקה רגישה לאור, הצוות הצליח לזהות נוירונים פעילים בהיפוקמפוס העכבר בזמן שהחיה חוקרת את הקופסאות. החוקרים השתמשו בטכניקה זו כדי לתייג נוירונים פעילים ובהמשך למדוד כמה הופעלו מחדש על ידי המוח לצורך היזכרות. הם גם ערכו ניסויים שאפשרו לעקוב אחר תא אנגרם בודד על פני חוויות וזמן. "אז אני יכול להגיד לך פשוטו כמשמעו איך תא אנגרם אחד או תת-קבוצה שלו הגיבו לכל סביבה לאורך זמן ולקשר את זה לאפליית הזיכרון שלהם", מסביר רוי.

מחקרים חישוביים ראשוניים של הצוות חזו שמספר תאי האנגרמה המעורבים בזיכרון בודד יקטן עם הזמן, והניסויים בבעלי חיים הוכיחו זאת.

"כשהמוח לומד משהו בפעם הראשונה, הוא לא יודע כמה נוירונים נחוצים ולכן בכוונה מגייסת תת-קבוצה גדולה יותר של נוירונים", הוא מסביר. "כשהמוח מייצב נוירונים, מגבש את הזיכרון, הוא חותך את הנוירונים המיותרים, ולכן נדרשים פחות ובכך עוזר להפריד אנגרמים לזיכרונות שונים."

מה קורה עם הפרעות זיכרון?

לממצאים יש רלוונטיות ישירה להבנת מה משתבש בהפרעות זיכרון, כמו מחלת אלצהיימר. רועי מסביר שכדי לפתח טיפולים להפרעות כאלה, חיוני לדעת מה קורה במהלך היווצרות הזיכרון הראשונית, הגיבוש וההפעלה של אנגרמות להיזכרות.

"מחקר זה אומר לנו שמועמד סביר מאוד מדוע מתרחשת הפרעה בתפקוד הזיכרון הוא שמשהו לא בסדר בחלון המוקדם לאחר היווצרות הזיכרון שבו אנגרמות חייבות להשתנות", אומר רוי.

כעת הוא לומד מודלים של עכברים של מחלת אלצהיימר מוקדמת כדי לגלות אם אנגרמות נוצרות אך לא מתייצבות כראוי. כעת, לאחר שידוע יותר על האופן שבו אנגרמות פועלות ליצירת ולייצב זיכרונות, החוקרים יכולים לבחון אילו גנים משתנים במודל החיות כאשר אוכלוסיית האנגרמה פוחתת.

"אנחנו יכולים להסתכל על מודלים של עכברים ולשאול, האם יש גנים ספציפיים שהשתנו? ואם כן, אז סוף סוף יש לנו מה לבדוק, אנחנו יכולים לווסת את הגן עבור אלה 'תהליכי חידוד או 'איחוד' של אנגרמות כדי לראות אם יש לזה תפקיד בשיפור ביצועי הזיכרון", הוא אומר.

כעת בבית הספר ג'ייקובס, רוי ערך את המחקר בעודו עמית מקגוורן במכון ברוד של המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) ובאוניברסיטת הרווארד. רוי הוא אחד משלושה מדעני מוח שגויסו השנה לבית הספר ג'ייקובס כדי להשיק התמקדות חדשה במדעי המוח של מערכות במחלקה לפיזיולוגיה וביופיזיקה של בית הספר.

מחברי המאמר הם מ-Imperial College בלונדון; המכון למדע וטכנולוגיה באוסטריה; מכון מקגוורן לחקר המוח ב-MIT; והמרכז למדעי החיים ומכון IDG/McGovern לחקר המוח באוניברסיטת Tsinghua בסין.

העבודה מומנה על ידי מלגת הדוקטורט של הנשיא מאימפריאל קולג' בלונדון; ברוך הבא אמון; המועצה לחקר ביוטכנולוגיה ומדעי הביולוגיה; קרן סימונס; המועצה לחקר הנדסה ומדעי הפיזיקה; בית הספר למדעי החיים ומכון IDG/McGovern לחקר המוח. רוי נתמך על ידי פרס המלומד המובחן של וורן אלפרט והמכונים הלאומיים לבריאות.