Každý den mozek přetváří zkušenosti na odolné vzpomínky, které formují naši identitu a ovlivňují, jak se pohybujeme světem. Jak ale určuje, která informace je hodnotná k uchování a na jak dlouho?
Nové studie odhalily, že dlouhodobá paměť se vytváří prostřednictvím „kaskádového“ sledu molekulárních „časovačů“, které se aktivují a deaktivují v různých oblastech mozku. V rámci výzkumu, který využíval behaviorální model založený na virtuální realitě u myší, vědci zjistili, že dlouhodobou pamětí řídí regulátory, které buď posilují vzpomínky do stále stabilnějších forem, nebo je degradují až do zapomnění.
Tato zjištění, publikovaná v časopise Nature, osvětlila role mnoha částí mozku ve postupné reorganizaci vzpomínek do trvanlivějších forem, přičemž existují mezipaměťové „brány“, které hodnotí jejich význam a prodlužují jejich trvání. „Jedná se o zásadní odhalení, protože vysvětluje, jak přizpůsobujeme délku vzpomínek,“ říká Priya Rajasethupathy, vedoucí Skoler Horbach Family Laboratory of Neural Dynamics and Cognition.
Proč některé vzpomínky přetrvávají a jiné mizí
Po desetiletí byla výzkum paměti zaměřen na dvě oblasti mozku: hippocampus, kde se vytváří krátkodobá paměť, a kůru, kde se považovalo, že se uchovávají dlouhodobé vzpomínky, jako by byly umístěny za biologickými přepínači pro aktivaci a deaktivaci. „Současné modely paměti zahrnovaly molekuly, které fungují jako tranzistory, jako přepínače zapnuto/vypnuto,“ podotýká Rajasethupathy.
Podle tohoto modelu, pokud byla krátkodobá vzpomínka „označena“ pro dlouhodobé uchování, zůstala by tam na neurčito. Tento model však nevysvětloval, proč některé vzpomínky přetrvávají týdny, zatímco jiné na celý život.
V roce 2023 Rajasethupathy a její spolupracovníci publikovali práci, která identifikovala mozkovou dráhu, která spojuje krátkodobou a dlouhodobou paměť. Klíčovým prvkem této dráhy je thalamus, který nejen vybírá, které vzpomínky budou uchovány, ale také je směruje do kůry na stabilizaci.
Nové výhledy na mechanizmy paměti
Objevy otevřely cestu k ještě zásadnějším otázkám: Co se děje s vzpomínkami po jejich počátečním uložení v hippocampu? A které molekulární mechanismy podporují důležité vzpomínky směrem k kůře, zatímco méně významné degradují do zapomnění?
Aby odpověděli, tým vyvinul behaviorální model s využitím virtuální reality, ve kterém myši vytvářely specifické vzpomínky. „Andrea Terceros vytvořila elegantní model, který nám umožnil přistoupit k problému novým způsobem,“ říká Rajasethupathy. „Změnou frekvence opakování jsme dokázali donutit myši, aby si některé věci pamatovaly lépe než jiné, a poté prozkoumat mozek pro mechanismy spojené s udržováním vzpomínek.“
Od molekulární teorie k praktickým aplikacím
Avšak pouhá asociace nestačila. Aby prokázala kauzální vztah, Celine Chen vyvinula platformu CRISPR pro manipulaci s geny v thalamu a kůře. Tím byla vědcům umožněna ukázat, že odstranění konkrétních molekul ovlivnilo trvání paměti a že každá molekula působila na různé časové škály.
Výsledky naznačují, že dlouhodobá paměť není udržována jediným molekulárním přepínačem, ale řadou genetických programů, které se odvíjejí v čase a v různých oblastech mozku jako sekvence molekulárních časovačů. První časovače se aktivují rychle a stejně rychle slábnou, což umožňuje rychlé zapomenutí. Následující působí pomaleji, ale produkují odolnější vzpomínky. Tento postupný proces umožňuje mozku podporovat důležité zkušenosti pro dlouhodobé uchování, zatímco jiné zanikají.
Identifikace klíčových regulátorů
Výzkumníci použili frekvenci opakování jako indikátor důležitosti a porovnávali vzpomínky z často opakovaných prostředí se vzpomínkami z méně častých zkušeností. Identifikovali tři transkripční regulátory: Camta1 a Tcf4 v thalamu a Ash1l v předním příčinném kortexu. Tyto regulátory nejsou nezbytné pro počáteční vytvoření paměti, ale jsou klíčové pro její udržení. Narušení Camta1 a Tcf4 oslabilo funkční spojení mezi thalamem a kůrou, což vedlo ke ztrátě paměti.
Budoucnost výzkumu a možné aplikace
Tento model naznačuje, že po počátečním vytvoření paměti v hippocampu se Camta1 a jeho cíle postará o její počáteční udržení. Pak se aktivují Tcf4 a jeho cíle a poskytují buněčné uchycení a strukturální podporu. Nakonec Ash1l mobilizuje chromatinové programy, které ještě více upevňují paměť. „Pokud vzpomínka není podpořena těmito časovači, považujeme ji za určenou k rychlému zapomnění,“ uzavírá Rajasethupathy.
Je zajímavé, že Ash1l patří do rodiny proteinů (histonových methyltransferáz), které udržují paměť i v jiných biologických systémech. „V imunitním systému pomáhají tělu si pamatovat předchozí infekce; při vývoji pomáhají buňkám pamatovat si svou identitu,“ poznamenává. „Mozek možná tyto obecné formy buněčné paměti znovu využívá, aby podpořil kognitivní vzpomínky.“
Tato zjištění by mohla mít význam pro onemocnění spojená s pamětí. Rajasethupathy předpokládá, že identifikací genetických programů, které udržují vzpomínku, mohou vědci nalézt způsoby, jak ji podporovat prostřednictvím alternativních okruhů a obejít poškozené oblasti u pacientů s Alzheimerovou chorobou. „Pokud víme o sekundárních a terciárních oblastech, které jsou klíčové pro stabilizaci paměti, a primární oblast byla poškozena, mohli bychom se o tuto škodu snadno obejít,“ říká.
Další kroky týmu se zaměří na to, co aktivuje tyto molekulární časovače a co určuje jejich trvání. Jinými slovy, co říká mozku, jak důležitá je nějaká paměť a jak dlouho by měla vydržet. Laboratoř Rajasethupathy se zaměřuje na roli thalamu jako klíčového uzlu rozhodování. „Máme zájem pochopit „život“ vzpomínky za hranicemi počátečního vytvoření v hippocampu,“ uzavírá. „Věříme, že thalamus a jeho paralelní komunikační kanály s kůrou jsou středobodem tohoto procesu.”
