Dotychczasowy paradygmat neurobiologii zakładał, iż wspomnienia są trwale zakodowane w sile i fizycznej strukturze połączeń synaptycznych między neuronami.
Przełomowe badanie japońskich naukowców opublikowane na łamach magazynu „Science” podważa ten fundamentalny dogmat. Wprowadzenie ssaków w stan sztucznej hibernacji doprowadziło do zaniku ponad połowy synaps w hipokampie, a mimo to zwierzęta po wybudzeniu bezbłędnie zachowały wszystkie wyuczone zachowania.
Hipotermia na żądanie i synaptyczna czystka
Eksperyment przeprowadzony przez zespół dr. Kazumasy Tanaki z Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) oraz prof. Takeshiego Sakurai z Uniwersytetu w Tsukubie wykorzystał technikę sztucznej aktywacji tzw. neuronów Q w podwzgórzu. Procedura wywołuje stan QIH (Q-neuron-induced hypothermia and hypometabolism) – kontrolowany spadek temperatury ciała do około 20°C oraz drastyczne spowolnienie metabolizmu i akcji serca.
Podczas trwającej 48 godzin hibernacji aktywność hipokampu spadła o 70%, a mikroskopia elektronowa wykazała zanik ponad 50% synaps. W klasycznym modelu neurobiologicznym taka skala zniszczeń powinna wymazać większość pamięci śladowej.
Gdy myszy wybudzono, poddano je testom nawigacji w labiryncie oraz reakcji warunkowych. Okazało się, iż pamięć pozostała nienaruszona. Zwierzęta wykonywały zadania z identyczną precyzją jak grupa kontrolna. Co ciekawe, tzw. komórki miejsca (place cells) w hipokampie aktywowały się dokładnie w tych samych punktach przestrzeni, co przed zamrożeniem metabolizmu.
Multisynaptyczne kolby i samoczynna odbudowa
Odpowiedź na pytanie, jak wspomnienia przetrwały tak masową redukcję połączeń, przyniosła analiza tzw. synaps engramowych dzięki techniki znakowania fluorescencyjnego eGRASP.
Okazało się, iż degradacja połączeń nie była losowa. Pojedyncze, wyizolowane synapsy na dendrytach ulegały zniszczeniu, natomiast połączenia zorganizowane w zwarte klastry przetrwały stan hipotermii. Co trzecia ocalała synapsa opierała się na rzadkiej strukturze anatomicznej, w której pojedyncza końcówka presynaptyczna łączy się jednocześnie z wieloma kolcami postsynaptycznymi. W ciągu 8 dni od wybudzenia aż 82% zniszczonych synaps odbudowało się dokładnie w tych samych miejscach na dendrytach, w których znajdowały się przed wprowadzeniem w stan uśpienia.
Oznacza to, iż pamięć nie jest zapisana wyłącznie w pojedynczych połączeniach, ale w nadrzędnej, odpornej na uszkodzenia architekturze całego obwodu neuronalnego.
Ustawienia fabryczne: szansa na leczenie epilepsji
Najbardziej zaskakujący wniosek z pracy japońskich badaczy dotyczy zjawiska resetu sieci neuronowej. Zespół Tanaki przetestował procedurę QIH na modelach zwierzęcych z genetyczną skłonnością do padaczki. Krótka sztuczna hibernacja zaaplikowana przed wystąpieniem pierwszych ataków całkowicie zablokowała rozwój padaczki, przywracając mózg do domyślnego, zdrowego stanu sieci – swoistych ustawień fabrycznych.
Choć droga do bezpiecznego wprowadzania ludzi w stan kontrolowanej hipotermii wymaga jeszcze lat badań, odkrycie to redefiniuje pojęcie plastyczności mózgu i otwiera nowe perspektywy zarówno w terapii chorób neurodegeneracyjnych, jak i w medycynie kosmicznej.
Kosmiczna „Czarna Wdowa” w kształcie cytryny. James Webb odkrył planetę pełną diamentów
Jeśli artykuł Reset mózgu bez utraty wspomnień. Sztuczna hibernacja niszczy synapsy, ale pamięć zostaje nie wygląda prawidłowo w Twoim czytniku RSS, to zobacz go na iMagazine.
