Nowe spojrzenie na mechanizmy pamięci

18 września 2024

W prestiżowym piśmie “Molecular Psychiatry” ukazała się praca naukowców z IBD PAN im. M. Nenckiego oraz ICM UW, pt. “Spatio-temporal mechanisms of consolidation, recall and reconsolidation in reward-related memory trace“. Naukowcy odkryli, jak mózg organizuje i utrwala wspomnienia związane z nagrodą. Uzyskane wyniki mają praktyczne znaczenie dla badań nad uzależnieniami.

Naukowcy odkryli, jak mózg organizuje i utrwala wspomnienia związane z nagrodą. Badania na szczurach wykazały, że podczas procesu tzw. konsolidacji aktywność konkretnych grup neuronów staje się bardziej wyspecjalizowana, co stanowi mechanizm dojrzewania pamięci.

W eksperymencie zwizualizowano i zmierzono niezależnie aktywację genów związanych z uczeniem w ponad 2 milionach neuronów w 14 strukturach mózgu, na podstawie zbioru prawie 8 TB zdjęć mikroskopowych; w analizie zaś zastosowano zaawansowane metody obliczeniowe i uczenie maszynowe.

Kolorowe kropki pokazują miejsca aktywacji dwóch ważnych genów pamięci. Każda komórka nerwowa ma ich po dwie kopie, po jednej od każdego z rodziców. Niektóre neurony aktywują oba geny; to na nich skupiła się uwaga autorów.

Wyniki pozwoliły uchwycić dojrzewanie pamięci, w szczególności proces przenoszenia informacji do coraz to mniejszych, ale wyspecjalizowanych populacji neuronów.

Pokazano także, że wspomnienia związane z podążaniem za przyjemnością są budowane dzięki współpracy struktur odpowiedzialnych zarówno za pamięć przestrzenną i nawigację, jak i za stany emocjonalne. Poznawszy dokładną lokalizację tych wspomnień, można je modyfikować, a nawet wygaszać z użyciem celowanych interwencji łączących manipulacje genetyczne i farmakologiczne.

Dane zebrane z całej populacji pokazały, że ekspresja pamięci w zachowaniu jest  w dużym stopniu zależna od indywidualnych cech i zmienności. Innymi słowy, każdy z nas zapamiętuje przyjemne wydarzenia nieco inaczej: dla niektórych ważniejsze są emocje, dla innych fakty i detale. Ukazanie tego zróżnicowania dowodzi, że to właśnie badania molekularne pozwalają na skuteczną analizę mechanizmów pamięci, co daje im przewagę jakościową nad eksperymentami czysto behawioralnymi i farmakologicznymi.

Uzyskane wyniki mają praktyczne znaczenie dla badań nad uzależnieniami, czyli stanami, w których wspomnienie przyjemnej nagrody i chęć dążenia do niej przybierają formę patologiczną. Ukazują także ogromną skalę neuroróżnorodności w populacjach biologicznych.

Autorzy

  • Adam Hamed, Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego, Polska Akademia Nauk
  • Miron Bartosz Kursa, Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego, Uniwersytet Warszawski
  • Wiktoria Mrozek, Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego, Polska Akademia Nauk
  • Krzysztof Piotr Piwoński, Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego, Uniwersytet Warszawski
  • Monika Falińska, Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego, Polska Akademia Nauk
  • Konrad Danielewski, Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego, Polska Akademia Nauk
  • Emilia Rejmak, Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego, Polska Akademia Nauk
  • Urszula Włodkowska, Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego, Polska Akademia Nauk
  • Stepan Kubik, Instytut Fizjologii, Akademia Nauk Republiki Czeskiej
  • Rafał Czajkowski, Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego, Polska Akademia Nauk

Link do artykułu: https://doi.org/10.1038/s41380-024-02738-8