Ο μαέστρος της χειραγώγησης μνήμης

Αποθήκευση

Μια αποτυχημένη αναζήτηση 30 ετών εκτόξευσε τη Sheena Josselyn στην τρέχουσα καριέρα της. Ως πτυχιούχος ψυχολογίας στο κολέγιο, ο Josselyn, τώρα νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο, είχε μελετήσει το έργο του Karl Lashley, ενός διάσημου ψυχολόγου που θεώρησε ότι οι αναμνήσεις αποθηκεύονται σε μια συλλογή εγκεφαλικών κυττάρων που πυροδοτούνται με ένα συγκεκριμένο μοτίβο, γνωστό ως ένα εγγράμμα. Η βασική ιδέα είναι ότι ο εγκέφαλος αποθηκεύει μια μνήμη — το Seinfeld θεματικό τραγούδι ή το άρωμα του αρώματος της μητέρας σας — ενισχύοντας τις συνδέσεις μεταξύ ενός συγκεκριμένου συνόλου νευρώνων. Όταν ο εγκέφαλος ανακαλεί αυτή τη μνήμη, τα κύτταρα πυροδοτούνται με το ίδιο μοτίβο.

Ο Lashley ήλπιζε να αποδείξει την ύπαρξη του εγγράμματος δείχνοντας ότι η επιλεκτική καταστροφή κομματιών εγκεφαλικού ιστού θα εξαφάνιζε συγκεκριμένες μνήμες. Όμως, παρά τις δεκαετίες που πέρασαν προσεκτικά στο μυαλό του τρωκτικού, ο Lashley δεν κατάφερε ποτέ να εντοπίσει τη μνήμη. Το 1950, παραδέχτηκε την ήττα, προτείνοντας αντ 'αυτού ότι οι αναμνήσεις δεν περιέχονται σε ένα μικρό σύνολο κυττάρων αλλά κατανέμονται στον εγκέφαλο.

Η Josselyn σκέφτηκε τη μακρά αναζήτηση της Lashley όταν ήταν μεταδιδάκτορας στο Yale τη δεκαετία του 1990, μπερδεμένη με το αποτέλεσμα ενός πειράματος σε ποντίκια. Είχε πειράξει κάποια κύτταρα σε ένα μέρος του εγκεφάλου που είναι γνωστό ως αμυγδαλή, το οποίο συνδέεται με τη συναισθηματική μνήμη. Αν και είχε αλλάξει μόνο μερικά κύτταρα, η θεραπεία βελτίωσε δραματικά τη μνήμη των ζώων. Αυτά τα ποντίκια ήταν πολύ καλύτερα στο να θυμούνται ένα τρομακτικό περιστατικό - έναν τόνο σε συνδυασμό με ένα σοκ - από τα ποντίκια που δεν είχαν λάβει θεραπεία.

Η Josselyn άρχισε να υποψιάζεται ότι είχε πέσει πάνω στο εγγράμμα του Lashley, αλλά της πήρε σχεδόν δέκα χρόνια για να βρει πραγματική απόδειξη. Το 2009, η ομάδα της έδειξε ότι μπορούσαν να διαγράψουν μια συγκεκριμένη μνήμη σε ποντίκια σκοτώνοντας ένα συγκεκριμένο σύνολο κυττάρων. Περισσότερο από έναν αιώνα αφότου ο Λάσλεϊ ξεκίνησε την αναζήτησή του για το εγγράμμα, ο Τζόσελιν το βρήκε τελικά.

Το κλειδί για την επιτυχία της ομάδας της ήταν ένα σύνολο μοριακών εργαλείων που σχεδιάστηκαν για να σηματοδοτήσουν τα εγκεφαλικά κύτταρα που σχημάτισαν μια νέα μνήμη - τους νευρώνες που πυροδοτήθηκαν όταν τα ποντίκια έμαθαν ότι ένας συγκεκριμένος ήχος προέβλεπε ένα επικείμενο ηλεκτροσόκ. Στη συνέχεια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αυτές τις μοριακές ετικέτες για να εξαφανίσουν μόνο αυτά τα εγκεφαλικά κύτταρα, εξαλείφοντας αυτή τη μνήμη αλλά αφήνοντας τα άλλα ανέπαφα.

Έκτοτε, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αυτά και άλλα εργαλεία για να παίξουν με το εγγράμμα με ολοένα και πιο εξελιγμένους τρόπους. Μπορούν να σωπάσουν ή να ενεργοποιήσουν τα κύτταρα που συνθέτουν το μοτίβο της μνήμης, διαγράφοντας και προκαλώντας συγκεκριμένες αναμνήσεις και ακόμη και εμφυτεύοντας ψευδείς μνήμες.

Η δύναμη ελέγχου της μνήμης είναι συναρπαστική και τρομακτική. Ξυπνά τις σκοτεινές εικόνες ταινιών επιστημονικής φαντασίας όπως το Eternal Sunshine of the Spotless Mind , στο οποίο ένα ζευγάρι σβήνει ο ένας τις οδυνηρές αναμνήσεις του άλλου. Αλλά η έρευνα έχει επίσης τη δυνατότητα να ξεκλειδώσει το μυστήριο των διαταραχών της μνήμης, όπως η διαταραχή μετατραυματικού στρες (PTSD), που ίσως οδηγεί σε νέες θεραπείες.

Η Josselyn προσπαθεί τώρα να ξεσυσκευάσει τα μοριακά παξιμάδια και τα μπουλόνια του εγγράμματος, τα οποία ελπίζει ότι θα πυροδοτήσουν την ανάπτυξη νέων θεραπειών για τον εθισμό, τη νόσο του Αλτσχάιμερ και άλλες ασθένειες. Περιοδικό Quanta πρόσφατα μίλησε με την Josselyn για την αναζήτησή της για το εγγράμμα. Ακολουθεί μια επεξεργασμένη και συνοπτική έκδοση αυτής της συνομιλίας.

ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ QUANTA:Τι είναι το εγγράμμα;

SHEENA JOSSELYN:Είναι η φυσική εκδήλωση μιας μνήμης στον εγκέφαλο, μιας συλλογής κυττάρων που, αν τα ενεργοποιήσουμε, εκφράζουν μια μνήμη. Αλλάζει όταν μαθαίνουμε κάτι και ενεργοποιείται ξανά όταν ανακαλούμε κάτι.

Πώς δημιουργεί ο εγκέφαλος ένα εγγράμμα;

Πιστεύουμε ότι οι συναπτικές συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων που επιλέγονται ως μέρος ενός εγγράμματος γίνονται ισχυρότερες, δημιουργώντας έτσι ένα μίνι-δίκτυο.

Σας τράβηξε στο πεδίο η 30ετής αναζήτηση του Lashley να βρει το εγγράμμα. Πώς προσπάθησε ο Lashley να αποδείξει την ύπαρξή του;

Έκανε έξυπνα πειράματα όπου εκπαίδευσε έναν αρουραίο να τρέχει έναν λαβύρινθο και στη συνέχεια κατέστρεψε συστηματικά διάφορα κομμάτια του εγκεφάλου, προσπαθώντας να καταλάβει πού ακριβώς ήταν αποθηκευμένη αυτή η μνήμη. Η ιδέα ήταν ότι αν το έβρισκε, το ζώο δεν θα θυμόταν πώς να διασχίσει τον λαβύρινθο. Συγκεντρώθηκε στον φλοιό, το κομμάτι του εγκεφάλου που βρίσκεται πιο κοντά στο κρανίο.

Στο τέλος της 30χρονης αναζήτησής του, ήρθε με άδεια χέρια. Δεν μπορούσε να βρει ακριβώς πού στον εγκέφαλο ήταν αποθηκευμένη αυτή η μνήμη. Ήταν κάπως παντού - αν κατέστρεφε ένα μεγάλο μέρος του εγκεφάλου, θα επηρέαζε τη μνήμη. Αλλά μια μικρή βλάβη, όπου κι αν είναι, δεν θα έκανε τίποτα. Νόμιζε ότι το εγγράμμα ήταν παντού αλλά πουθενά συγκεκριμένο. Ήταν μια προειδοποιητική ιστορία. Οι άνθρωποι σταμάτησαν να αναζητούν ένα συγκεκριμένο μέρος όπου ήταν αποθηκευμένη η μνήμη.

Περισσότερα από 60 χρόνια αργότερα, η μελέτη του εγγράμματος έχει απογειωθεί. Γιατί;

Η πραγματική ανατροπή ήρθε όταν είχαμε πιο επιλεκτικά εργαλεία που μπορούσαν να θέσουν σε σίγαση ή να ενεργοποιήσουν συγκεκριμένα κελιά.

Γιατί είναι αυτά τα εργαλεία τόσο σημαντικά;

Υπάρχουν ένα εκατομμύριο κύτταρα στον εγκέφαλο, αλλά μόνο ένας μικρός αριθμός από αυτά αποτελούν το έγγραμμα για οποιαδήποτε συγκεκριμένη μνήμη. Πιστεύουμε ότι τα κύτταρα που είναι ενεργά κατά τη διάρκεια του μαθησιακού γεγονότος αποτελούν το κρίσιμο συστατικό ενός εγγράμματος. Οι σύγχρονες τεχνικές μάς επιτρέπουν να οπτικοποιήσουμε και να χειριστούμε αυτά τα κύτταρα, να προσθέσουμε ετικέτες και στη συνέχεια να τα ενεργοποιήσουμε ή να τα απενεργοποιήσουμε αργότερα. Τώρα μπορούμε να επαναλάβουμε τα πειράματα του Lashley, αλλά αντί να σκοτώνουμε μεγάλα τμήματα του φλοιού, μπορούμε να στοχεύσουμε μόνο τα κύτταρα που ήταν ενεργά κατά τη διάρκεια μιας μαθησιακής εκδήλωσης. Βρήκαμε ότι η σίγαση αυτών των κυττάρων καταστέλλει τη μνήμη και η ενεργοποίησή τους επαναφέρει τη μνήμη. Αυτό είναι μια απόδειξη αρχής ότι το εγγράμμα υπάρχει και ότι μπορούμε να το χειριστούμε συγκεκριμένα.

Πώς ξέρετε τι σκέφτονται τα ποντίκια όταν ενεργοποιείτε το engram; Πώς ξέρετε ότι θυμούνται το συμβάν;

Δεν είμαστε σίγουροι αν είναι μια πραγματική ανάμνηση. Αλλά αν απλώς ενεργοποιήσετε αυτά τα κύτταρα, το ζώο φαίνεται φοβισμένο - παγώνει. Είναι σαν να παρακάμπτουμε τα αυτιά και να πηγαίνουμε κατευθείαν στον εγκέφαλο. Κάνουμε το ζώο να φοβάται χωρίς να χρειάζεται να παίξουμε τον ήχο.

Λειτουργεί μόνο με φοβερές αναμνήσεις; Μπορείτε να αλλάξετε και άλλους τύπους αναμνήσεων;

Ναι, έχουμε χειραγωγήσει μια μνήμη που βασίζεται στην κοκαΐνη. Διδάσκουμε ένα ζώο να συσχετίζει ένα συγκεκριμένο μέρος με την κοκαΐνη και το ζώο περνά τον περισσότερο χρόνο του σε αυτήν την περιοχή. Στη συνέχεια, διαγράφουμε αυτή τη μνήμη σκοτώνοντας τα κύτταρα που αποτελούν μέρος του εγγράμματος. Είναι σαν το ζώο να μην είχε ποτέ κοκαΐνη σε αυτό το περιβάλλον — δεν προτιμά πλέον αυτήν την περιοχή.

Μερικές φορές οι άνθρωποι που είχαν προβλήματα με την κατάχρηση ναρκωτικών τα πηγαίνουν καλά στην αποτοξίνωση, όπου απομακρύνονται από πολλά από τα σημάδια που σχετίζονται με τη λήψη ναρκωτικών. Αλλά όταν επιστρέψουν στο περιβάλλον όπου είχαν πάρει στο παρελθόν ναρκωτικά, μπορεί να υποτροπιάσουν, γιατί περιμένουν και λαχταρούν τα ναρκωτικά που έχουν συνδεθεί με αυτά τα μέρη. Προσπαθήσαμε να βρούμε το επίκεντρο αυτού λέγοντας:Μπορούμε να κάνουμε κάτι για να αποδυναμώσουμε αυτή τη μνήμη της κοκαΐνης; Απλώς χειριζόμαστε κύτταρα που πιστεύουμε ότι είναι σημαντικά, βάλαμε το ζώο να δράσει αν δεν είχε ποτέ κοκαΐνη στο παρελθόν.

Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να αντιστρέψετε τον εθισμό στην κοκαΐνη σε ποντίκια;

Το ζώο δεν είναι αρκετά εθισμένο. δεν του δίνουμε μεγάλη εμπειρία με την κοκαΐνη. Αλλά αυτό θα μπορούσε να είναι το πρώτο βήμα για τη θεραπεία του εθισμού.

Μπορεί αυτή η προσέγγιση να μεταφραστεί σε ανθρώπους;

Αυτή τη στιγμή, ο υπέροχος κόσμος της τεχνολογίας που χρησιμοποιούμε στα ποντίκια δεν μπορεί εύκολα να εφαρμοστεί στους ανθρώπους. Μπορούμε όμως να πάρουμε τις αρχές που μάθαμε από αυτές τις μελέτες και να προσπαθήσουμε να σκεφτούμε νέους τρόπους αντιμετώπισης των ανθρώπων. Τα αποτελέσματα παρέχουν απόδειξη αρχής ότι ίσως δεν χρειάζεται να στοχεύουμε κάθε κύτταρο του σώματος όταν κάνουμε αυτές τις θεραπείες. Ίσως μπορούμε να αναπτύξουμε φάρμακα που στοχεύουν μόνο ενεργά κύτταρα.

Μπορείτε λοιπόν να πυροδοτήσετε αναμνήσεις και να τις σβήσετε — τι άλλα περίεργα πράγματα μπορούν να κάνουν οι επιστήμονες στη μνήμη;

Οι άνθρωποι έχουν όλα τα είδη των τρόπων για να παίξουν με αυτό, τώρα που μπορούμε να καθοδηγήσουμε ή να προσθέσουμε ετικέτα σε ένα εγγραμματισμό. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες έχουν εμφυτεύσει ψευδείς μνήμες. Επανενεργοποιούν ένα χωρικό εγγράμμα - ένα μοτίβο δραστηριότητας που σχετίζεται με ένα συγκεκριμένο μέρος - και το συνδυάζουν με ένα σοκ. Στη συνέχεια, τα ποντίκια παγώνουν σε ένα μέρος που δεν έχουν σοκαριστεί πριν.

Τι θέλετε να κάνετε στη συνέχεια;

Αυτή τη στιγμή, εξετάζουμε πολύ τεχνητές εμπειρίες. Διδάσκουμε στα ποντίκια ένα πράγμα και δοκιμάζουμε ένα πράγμα, συνδυάζοντας ένα σοκ και έναν τόνο, για παράδειγμα. Αλλά θέλουμε να δούμε περισσότερες καθημερινές εμπειρίες, πώς αυτά τα πράγματα στρώνονται το ένα πάνω στο άλλο. Τα ποντίκια και οι άνθρωποι είναι ικανοί να μάθουν πολλά διαφορετικά πράγματα. Πώς ένα εγγράμμα γίνεται γνώση και όχι συγκεκριμένη μνήμη; Μπορούμε να κάνουμε τα εγγράμματα να διαρκέσουν για πάντα; Τι συμβαίνει όταν μεγαλώνουμε και οι αναμνήσεις μας μπερδεύονται; Μπερδεύονται τα εγγράμματα; Πώς αλληλεπιδρούν οι αναμνήσεις επιβράβευσης με τις αρνητικές αναμνήσεις; Πώς αλλάζει αυτό σε διαφορετικές ηλικίες;

Ένα πολύ σημαντικό στοιχείο που μας λείπει είναι ο συγχρονισμός. Αυτά τα κελιά πιθανώς ενεργοποιούνται με μοναδικό τρόπο για να δημιουργήσουν μια μνήμη, παρόμοια με τον κώδικα Μορς. Αυτήν τη στιγμή έχουμε μια αμβλεία προσέγγιση για την ενεργοποίηση κυψελών:πυροδότηση των κυττάρων όλα μαζί. Αυτό λειτουργεί για απλές αναμνήσεις - όπως το να συνδυάζεις έναν τόνο και ένα σοκ - αλλά μάλλον δεν λειτουργεί έτσι η καλά συντονισμένη ορχήστρα των κυττάρων στον εγκέφαλο. Πρέπει να εξαντλήσουμε και να βρούμε πιο εξελιγμένους τρόπους ανάγνωσης του εγκεφάλου.

Δεν ανησυχείτε για τις ηθικές συνέπειες αυτής της εργασίας;

Νομίζω ότι τα ηθικά ζητήματα είναι τεράστια, ειδικά αν αυτή η τεχνολογία μεταφραστεί στους ανθρώπους. Είναι ηθικό να «σβήνει» απλώς μια κακή ανάμνηση που κάποιος βρίσκει δυσάρεστο να θυμάται; Όλοι μαθαίνουμε από λάθη του παρελθόντος, επομένως είναι σημαντικό αυτές οι αναμνήσεις να μείνουν ανέπαφες. Για παράδειγμα, το να θυμάμαι ότι ως παιδί άγγιξα μια καυτή σόμπα με εμποδίζει να την αγγίξω ξανά. Η ανάμνηση είναι ένα οδυνηρό γεγονός, αλλά αν το είχα «σβήσει», θα επαναλάμβανα το ίδιο λάθος. Γίνεται πολύ πιο δύσκολο όταν κάποιος μπορεί να έχει μια καταστροφική ανάμνηση που παρεμβαίνει στην κανονική ζωή. Για παράδειγμα, στην περίπτωση του PTSD, μπορεί να βελτιώσει την υγεία και την ευεξία να διαγράψει ή να χειριστεί με κάποιο τρόπο μια μνήμη που παρεμβαίνει στην κανονική λειτουργία. Το πού να τραβήξετε τη γραμμή θα γίνει πολύ δύσκολο.

Αυτή η έρευνα δικαιώνει τον Lashley; Ήταν τελικά σωστή η αρχική του θεωρία για τη μνήμη;

Ναι και ΟΧΙ. Το εγγράμμα είναι πιο περίπλοκο από ό,τι πιστεύαμε αρχικά. Δεν είναι μόνο ένα σημείο στον εγκέφαλο που φιλοξενεί μια μνήμη. Οι τρέχουσες τεχνικές μας επέτρεψαν να βρούμε στοιχεία του εγγράμματος, αλλά δεν έχουμε βρει ακόμη ολόκληρο το εγγράμμα - πιστεύουμε ότι αυτό είναι ευρέως κατανεμημένο σε όλο τον εγκέφαλο και μπορεί να αλλάξει καθώς η μνήμη γερνάει. Οι περισσότεροι άνθρωποι κοιτάζουν ένα σωρό νευρώνες σε μια συγκεκριμένη περιοχή του εγκεφάλου. Είμαι ένοχος για αυτό όσο κανένας άλλος. Αλλά τώρα είναι παλιομοδίτικο να κοιτάμε μια περιοχή τη φορά. Πρέπει να κοιτάξουμε σε αυτές τις περιοχές γιατί ο εγκέφαλος πιθανώς επικοινωνεί σε μεγάλες περιοχές και συνεργάζεται ως ένα.

Όταν αρχίσατε να σκέφτεστε για πρώτη φορά το engram το 1999, είχατε καμία ιδέα για το πού θα ήσασταν σήμερα;

Όταν ξεκινήσαμε, ποτέ δεν πιστεύαμε ότι θα μπορούσαμε να κάνουμε τα τρελά πειράματα που είναι δυνατά σήμερα. Νομίζαμε ότι θα ήμασταν έξω από τα άκρα και κανείς δεν θα μας έπαιρνε στα σοβαρά. Αλλά όσο περνάει ο καιρός, όλο και περισσότεροι ενδιαφέρονται. Τώρα είναι 2016, οπότε εργάζομαι πάνω σε αυτό το πρόβλημα εδώ και 17 χρόνια. Όχι τόσο μακρύ όσο ο Lashley, αλλά το πλησιάζω γρήγορα!