Zrozumieć działanie procesów pamięciowych
Hipokamp jest obszarem mózgu, który odgrywa niezwykle ważną rolę w tworzeniu pamięci przestrzennej i epizodycznej. Ma on znaczenie dla tworzenia wspomnień dotyczących zarówno istotnych wydarzeń z życia, jak i zwykłych codziennych spraw, na przykład zapamiętywania miejsca, w którym poprzedniej nocy zostawiliśmy kluczyki do samochodu. „Nawet po dziesięcioleciach badań naukowych nie jest dla nas jasne, w jaki sposób procesy zapamiętywania i przypominania przebiegają na poziomie komórkowym i subkomórkowym”, mówi Judit Makara z węgierskiego ośrodka medycyny eksperymentalnej – HUN-REN Institute of Experimental Medicine(odnośnik otworzy się w nowym oknie), koordynatorka projektu DeCode(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Z doświadczeń przeprowadzonych na gryzoniach wiemy, że ich hipokamp tworzy neuronalne reprezentacje – swego rodzaju mapy – otoczenia. Niewiele jednak wiemy na temat mechanizmów komórkowych, które determinują, dlaczego konkretne neurony uczestniczą w tworzeniu reprezentacji i jakie cechy otoczenia mają kodować”.
Rola hipokampa w uczeniu i zapamiętywaniu
Projekt DeCode, wspierany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), został zainicjowany z myślą o lepszym zrozumieniu tego procesu. Szczegółowym celem projektu było badanie obszaru CA3 hipokampa, który pełni centralną rolę w procesach pamięci asocjacyjnej. Ponadto Makara postanowiła sprawdzić, czy sygnały napięciowe są w sposób aktywny generowane przez dendryty – długie wypustki stanowiące przedłużenie komórek nerwowych odbierające sygnały. „Projekt składał się z dwóch głównych części”, wyjaśnia Makara. „W pierwszej kolejności zbadaliśmy właściwości dendrytów będących częścią tak zwanych komórek piramidowych CA3 (CA3PC) w wycinkach mózgu gryzoni”. Druga część badań, jakie podjęła Makara wraz ze swoimi współpracownikami, była poświęcona rejestrowaniu aktywności dendrytów i komórek CA3 u żywych zwierząt. Udało się to osiągnąć dzięki użyciu zaawansowanych technik obrazowania w odniesieniu do myszy poruszających się w środowisku wirtualnej rzeczywistości. „Umożliwiło nam to analizę aktywności w poszczególnych komórkach – a nawet w poszczególnych dendrytach – podczas procesu uczenia się przestrzennego”, zauważa Makara.
Nowe odkrycia dotyczące działania dendrytów
Oprócz wykrycia określonych aspektów aktywności dendrytów, których Makara i jej zespół się spodziewali, w toku doświadczeń na wycinkach mózgu udało się odkryć nowy rodzaj aktywnego sygnału napięciowego dendrytów. „Ten potencjał czynnościowy dendrytów różni się na wiele sposobów od »konwencjonalnych« impulsów, które zaobserwowano w innych typach neuronów”, dodaje Makara. W ramach projektu udało się również wykazać, że charakterystyka aktywacji każdej komórki CA3PC zasadniczo zależy od tego, jaki typ potencjału czynnościowego wyraża. Innym interesującym rezultatem było ustalenie, że impulsy dendrytów wydają się być pod silną kontrolą acetylocholiny (neuroprzekaźnika związanego z uczeniem się), co sugeruje, że mogą one przyczyniać się do związanego ze zdolnością przyswajania wiedzy procesu reorganizacji reprezentacji powstających w hipokampie. „W części pracy poświęconej badaniom in vivo byliśmy w stanie zarejestrować dendryty CA3PC wytwarzające aktywne sygnały”, mówi Makara. „Obecnie analizujemy wyniki, które pozwolą nam lepiej zrozumieć ich rolę w aktywności komórek”. Co nie mniej ważne, uczestnicy projektu wykazali, że CA3PC cechują się niezwykłą heterogenicznością, co sugeruje istnienie odrębnych podtypów. Warto zaznaczyć, że wcześniejsze modele funkcji CA3 zakładały, że populację komórek cechuje jednolitość.
Potencjalne cele dla interwencji terapeutycznych
Dzięki pogłębieniu wiedzy na temat mechanizmów stojących za działaniem pamięci projekty takie jak DeCode mogą pewnego dnia doprowadzić do odkrycia potencjalnych celów dla nowych interwencji terapeutycznych. Z tego względu Makara współpracuje z neuronaukowcami obliczeniowymi, którzy wykorzystują dane zgromadzone w czasie projektu do tworzenia modeli zarówno na poziomie pojedynczej komórki nerwowej, jak i całego obwodu. „Uzyskane wyniki zrodziły wiele nowych pytań”, zauważa uczona. „Kolejnym krokiem będzie próba ustalenia roli różnych typów potencjałów czynnościowych dendrytów. Mamy nadzieję, że w rezultacie uda nam się dokładniej wyjaśnić, w jaki sposób poszczególne komórki CA3PC współpracują ze sobą w celu przetwarzania informacji o świecie zewnętrznym bądź odzyskiwania wcześniej zapamiętanych skojarzeń”.
