Πώς αποθηκεύει ο εγκέφαλος —και έχει πρόσβαση— τις αναμνήσεις μας; Ενώ η κατανόησή μας για τον εγκέφαλο έχει (ευτυχώς) αναπτυχθεί σε μεγάλο βαθμό από τις ημέρες της αφαίρεσης του εγκεφαλικού ιστού για να δούμε τι θα συμβεί, η ακριβής κατανόηση του πού βρίσκονται οι αναμνήσεις μας – και του πώς ο εγκέφαλός μας ανακαλεί την προηγούμενη εμπειρία – παραμένει άπιαστη.
Ένα νέο χαρτίπου δημοσιεύτηκε στις 6 Νοεμβρίου στο Φύσηεξετάζει τον ρόλο που διαδραματίζουν τα κύτταρα που ονομάζονται αστροκύτταρα – που ονομάζονται για τη χαρακτηριστική μορφή τους σε σχήμα αστεριού – στον τρόπο που τα ποντίκια επεξεργάζονται και αποθηκεύουν τις αναμνήσεις. Η μελέτη προτείνει ότι αυτά τα κύτταρα εμπλέκονται τόσο στον σχηματισμό όσο και στην αποθήκευση των αναμνήσεων και αμφισβητεί την καθιερωμένη θεωρία ότι οι μνήμες αποθηκεύονται μόνο στους νευρώνες μας.
Ο Μπέντζαμιν Ντενίν, ο κύριος συγγραφέας της εφημερίδας, λέει Λαϊκή Επιστήμη ότι στις πρώτες μέρες της νευροεπιστήμης, η έρευνα έτεινε να επικεντρώνεται στους νευρώνες, αντιμετωπίζοντας άλλα κύτταρα ως σχετικά ασήμαντες δομές υποστήριξης. Ωστόσο, καθώς η κατανόησή μας για τις περιπλοκές του εγκεφάλου έχει αναπτυχθεί, το ίδιο συμβαίνει και με το γεγονός ότι, ενώ οι νευρώνες μας είναι σίγουρα σημαντικοί, δεν είναι τα μόνα κύτταρα που συμβάλλουν στην εγκεφαλική λειτουργικότητα. Ειδικότερα, ο ρόλος των μη νευρωνικών κυττάρων που ονομάζονται νευρογλοιακά κύτταρα -παράδειγμα των οποίων είναι τα αστροκύτταρα- έχει υποβληθεί σε πλήρη επανεξέταση.
“[Astrocytes] θεωρούνταν από καιρό ως ένα μονολιθικό κύτταρο υποστήριξης στον εγκέφαλο», λέει ο Deneen. Ωστόσο, συνεχίζει, «οι γνώσεις μας για τα αστροκύτταρα έχουν υποστεί μια αναγέννηση τα τελευταία 20 χρόνια, που τονίζεται από τον προσδιορισμό των δυναμικών φυσιολογικών δραστηριοτήτων, τους βασικούς ρόλους στη λειτουργία του κυκλώματος και τις ποικίλες μοριακές ιδιότητες».
Η σύγχρονη αντίληψη είναι ότι τα αστροκύτταρα φαίνεται να είναι υπεύθυνα για μια μεγάλη ποικιλία λειτουργιών στον εγκέφαλο—τόσες πολλές, στην πραγματικότητα, που μπορεί να είναι δύσκολο να δοθεί μια απλή απάντηση στο ερώτημα τι κάνουν. «Η άποψή μου είναι ότι τα αστροκύτταρα μοιάζουν με το «ελβετικό μαχαίρι» του εγκεφάλου», λέει ο Deneen. «Αλληλεπιδρούν σχεδόν με κάθε κύτταρο του εγκεφάλου, [and] ένα μόνο αστροκύτταρο μπορεί να έρθει σε επαφή με έως και 100.000 συνάψεις». Αναφέρει πολλά παραδείγματα κρίσιμων δραστηριοτήτων για τις οποίες ευθύνονται τα αστροκύτταρα:[They] παίζει ουσιαστικό ρόλο στη διαμόρφωση του αιματοεγκεφαλικού φραγμού. παρέχει μεταβολική υποστήριξη για νευρώνες, ρυθμιστικά ιόντα και διατήρηση βαθμίδων ιόντων. ανταποκρίνεται σε τραυματισμό και εκφυλισμό. [and] αλληλεπιδρούν με τα μόνιμα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος στον εγκέφαλο ως απόκριση σε τραυματισμό ή άλλες προσβολές».
Ωστόσο, παρά τη σημασία τους, μόλις αρχίζουμε να εξερευνούμε τον τρόπο με τον οποίο τα αστροκύτταρα συμμετέχουν στο σχηματισμό και την αποθήκευση των αναμνήσεων.
Η επικρατούσα αντίληψη για το πώς ο εγκέφαλός μας αποθηκεύει τις αναμνήσεις μας είναι ότι μια μνήμη κατανέμεται σε ολόκληρο τον εγκέφαλο σε ένα μοναδικό δίκτυο νευρώνων που ονομάζεται «ένγραμμα». Όπως εξηγεί ο Deneen, «Σε κυτταρικό επίπεδο… κάθε μνήμη αποτελείται από ένα διαφορετικό σύνολο νευρώνων που κατανέμονται σε ένα πλήθος περιοχών του εγκεφάλου – δηλαδή ένα εγγράμμα. Είναι σημαντικό ότι ένας μόνο νευρώνας μπορεί να συμμετέχει σε πολλαπλά εγγράμματα, αλλά κάθε εγγράμμα αποτελείται από ένα μοναδικό σύνολο νευρώνων».
Η μελέτη εξέτασε τον τρόπο με τον οποίο τα αστροκύτταρα στον εγκέφαλο των ποντικιών -και, ειδικότερα, μια εξειδικευμένη ποικιλία γνωστή ως «αστροκύτταρα που σχετίζονται με τη μάθηση» ή LAAs- δρούσαν τόσο κατά τη διάρκεια όσο και μετά από μια μαθησιακή εμπειρία. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας εμπειρίας, ορισμένα από αυτά τα LAA ενεργοποιήθηκαν. Η επανενεργοποίηση των LAA σε διαφορετικό περιβάλλον φάνηκε να διεγείρει την ανάκληση της μνήμης και τη σχετική μάθηση.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι τα LAA που ενεργοποιήθηκαν από μια μαθησιακή εμπειρία διατήρησαν υψηλό επίπεδο μιας πρωτεΐνης που εκφράζεται από ένα γονίδιο που ονομάζεται NFIA. Η αποτροπή της παραγωγής αυτής της πρωτεΐνης απέτρεψε την ανάκληση της μνήμης της εν λόγω μαθησιακής εμπειρίας.
Με βάση αυτά τα στοιχεία, λοιπόν, φαίνεται ότι τα αστροκύτταρα παίζουν ρόλο τόσο στην αποθήκευση όσο και στην ανάκληση των αναμνήσεων. Πώς λειτουργεί αυτό το τετράγωνο με τη γενικά αποδεκτή θεωρία ότι οι μνήμες αποθηκεύονται ως εγγράμματα;
«Αυτή είναι μια ερώτηση με την οποία παλεύουμε στο εργαστήριο αυτή τη στιγμή», γελάει ο Deneen. «Ένας τρόπος σκέψης για αυτό πηγαίνει πίσω στο γεγονός ότι τα αστροκύτταρα «ακούνε» τους νευρώνες και ανταποκρίνονται για να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις ενός λειτουργικού κυκλώματος. Υπό συνθήκες μάθησης, όπου ένα σύνολο νευρώνων έχει σχηματίσει ένα εγγράμμα μνήμης, είναι πιθανό οι νευρώνες να χρειαστεί να «εκφορτώσουν» πτυχές της μνήμης στα αστροκύτταρα, όπου το αστροκύτταρο χρησιμεύει ως θησαυροφυλάκιο ή δεξαμενή για τις πληροφορίες που αποθηκεύονται από ένα δεδομένο εγγράμμα νευρώνας.”
Όποια και αν είναι η περίπτωση, είναι σαφές ότι υπάρχουν πολλά περισσότερα που πρέπει να μάθουμε για τις αποχρώσεις του τρόπου λειτουργίας της μνήμης – και ότι η φαινομενική συμμετοχή των αστροκυττάρων εγείρει πολλά νέα ερωτήματα και υπονοεί πολλές νέες δυνατότητες. «Είναι ξεκάθαρο ότι τα αστροκύτταρα εμπλέκονται πλέον στην ανάκληση της μνήμης», λέει ο Deneen. «Το αν όντως αποθηκεύουν τη μνήμη ή χρησιμεύουν ως αγωγός ανάκτησης είναι άγνωστο. Ίσως υπάρχει κάποια «ευρετηρίαση» μεταξύ αστροκυττάρων και νευρώνων σε κυτταρικό επίπεδο, όπου ένας νευρώνας διανέμει τις «πληροφορίες» της μνήμης του σε ένα πλήθος LAA που βρίσκονται σε κοντινή απόσταση».
Υπάρχουν επίσης πολλά άλλα ερωτήματα που πρέπει να απαντηθούν σχετικά με τα ίδια τα αστροκύτταρα: για παράδειγμα, ενώ τα LAA είναι σίγουρα εξειδικευμένα κύτταρα, δεν είναι ξεκάθαρο εάν υπάρχουν διακριτοί, προκαθορισμένοι τύποι αστροκυττάρων ή ένα μεμονωμένο κύτταρο που εξελίσσεται για να καλύψει οποιουσδήποτε ρόλους απαιτούνται. «Έχω περάσει πάνω από είκοσι χρόνια μελετώντας πώς παράγονται τα αστροκύτταρα και τι κάνουν», λέει ο Deneen, «και αυτή δεν είναι μια εύκολη ερώτηση να απαντηθεί… Νομίζω ότι υπάρχουν διαφορετικοί υποτύποι αστροκυττάρων, αλλά δεν είναι μαύρο και λευκό θέμα. Υπάρχουν ενδείξεις ότι διαφορετικοί υποτύποι αστροκυττάρων κωδικοποιούνται αναπτυξιακά… αλλά το αν αυτή η «ποικιλομορφία» αντικατοπτρίζει μια ενσύρματη, προκαθορισμένη κατάσταση ή είναι μια προσαρμογή στο τοπικό τους περιβάλλον… είναι ακόμα προς συζήτηση».
VIA: popsci.com
