Új emléknyomok keletkezését figyelték meg az agyban

Kaliforniai kutatók elsőként voltak szemtanúi új emléknyomok keletkezésének patkányok agyában. Bár akadnak kételkedők, a kutatócsoport máris azt tervezi, megrajzolja a kísérleti állatok agyának teljes memóriatérképét.

Gary Lynch (University of California, Irvine) és munkatársai az idegsejtek közötti információs kapukat, az ún. szinapszisokat vizsgálták az RDM (restorative deconvolution microscopy) nevű speciális mikroszkópos technika segítségével. Korábbról tudjuk, az emlékek kialakulásakor az ún. hosszú távú potenciáció folyamata játszódik le, amely azt jelenti, hogy az érintett idegsejtek között erősebbé válik a szinaptikus kapcsolat. A megerősödött kapcsolatokat a későbbiekben egyszerűbb ingerületbe hozni, tehát könnyebb felidézni az emléket. Az emlék kialakulásakor az idegsejtek közti kapcsolatok erőssége néhány percre, órára, de akár hónapokra, évekre is megváltozhat.

Lynch és munkatársai korábbi vizsgálataik során már felvetették, hogy a hosszú távú potenciáció során a szinapszisok ovális alakot vesznek fel. Szerintük ez a morfológiai (alaktani) átalakulás összefügg a hosszú távú potenciáció kialakulásával, stabilizálódásával. Az emlék rögzülésekor a szinapszisok alakváltozásával párhuzamosan az idegsejtek sejtváza (citoszkeletonja) és rövid nyúlványai (dendritjei) szintén átrendeződnek. A citoszkeleton szerkezetváltozásában fontos szerepe van az aktin nevű fehérjének, amelynek átrendeződését, mozgását számos molekula szabályozza. Ezek közül az egyik legfontosabb molekulát a kutatócsoport már korábban is felhasználta olyan fluoreszcens jelzőmolekulaként, amely a tanulási folyamatok következtében megerősödő szinapszisokhoz képes kötődni. A fluoreszcens jelzőmolekulák által kibocsátott jeleket összesítve a kutatók rekonstruálhatják az emlékek kialakulásában szerepet játszó szinapszisok pontos helyét.

A kutatók patkányok segítségével próbálták megérteni, hogyan képződnek az agyban az emléknyomok. A kísérleti állatokat egy számukra ismeretlen terepre helyezték, és hagyták őket ismerkedni új környezetükkel. Ezután - a patkányok agyát eltávolítva - a homloklebeny ún. hippocampus régiójában található idegsejtek szinapszisait vizsgálták az említett RDM-technológiával. A hosszú távú potenciáció folyamatát ugyanis elsőként a nyúl hippocampusában mutatták ki. Tudjuk, hogy ennek az agyrégiónak fontos szerepe van az emlékek tárolásában. A nagyon érzékeny fénymikroszkóppal előállított felvételekből egy számítógépes program háromdimenziós képet készít.

A tanuláson átesett patkányok agyát olyan patkányokéval hasonlították össze, amelyek kizárólag a már megszokott ketrecükben tartózkodtak a kísérlet során, így nem volt lehetőségük friss emlékeket szerezni.

Csak azoknál az állatoknál mutattak ki megerősödött szinaptikus kapcsolatokat, amelyek új tereppel ismerkedtek meg, új emlékeket szerezve. Hippocampusukban harminc százalékkal több helyen mutatták ki a fluoreszcens jelzőmolekulát, mint a kontroll állatoknál. A kutatók azt is megfigyelték, hogy a megerősödött szinapszisok a normálisnál másfélszer nagyobb méretűek voltak.

Illusztráció: a bal oldali idegsejt egyik nyúlványának ún. szinaptikus végbunkója a jobb oldali idegsejt egyik nyúlványára tapad (a képen hangsúlyozva)

A kísérletsorozat részeként egyes patkányokkal megismertették ugyan az idegen terepet, de szervezetükbe egy olyan anyagot juttattak, amely gátolta a hosszú távú potenciációt, tehát az új emlékek rögzülését. E kísérleti állatoknak agya ugyanolyannak látszott, mint elzárt társaiké. A szinapszisok morfológiai átalakulása (alakjuk és méretük változása) náluk nem következett be.

A vizsgálatokat vezető Lynch szerint az eredmények azt mutatják, hogy a hosszú távú potenciáció során fellépő morfológiai változások a tanulás következtében jönnek létre. A kutató úgy véli, az új módszer alkalmas lehet az emlékek fizikai helyének azonosítására az agyban, azaz az engramok (emléknyomok) feltérképezésére. Mark Bear (Massachusetts Institute of Technology) idegkutató szerint valóban nagy előrelépés lenne, ha a memória működését a szinapszisok szintjén vizsgálhatnánk, de úgy gondolja, erre Lynch kutatócsoportjának eredményei még nem szolgálnak kellő bizonyítékkal.

A hír forrása: Memory seen in the making NATURE|Vol 448|26 July 2007

Eredeti közlemények:
• V., Fedulov, Ch., Rex, D., Simmons, L., Palmer, Ch. M., Gall, G., Lynch (2007) Evidence That Long-Term Potentiation Occurs within Individual Hippocampal Synapses during Learning The Journal of Neuroscience, July 25, 2007, 27(30):8031-8039;
• L., Chen, C.,Rex, M., Casale, C., Gall, G., Lynch (2007) Changes in Synaptic Morphology Accompany Actin Signaling during LTP The Journal of Neuroscience, May 16, 2007, 27(20):5363-5372