مولکول‌های حافظه‌ی کوتاه‌مدت در آپلیزیا

در سال ۱۹۷۵، بیست سال پس از توصیه‌ی هری گروندفست مبنی بر بررسی مغز یاخته به یاخته، ما و همکارانمان پژوهشی را برای کشف مکانیزم‌های سلولی حافظه آغاز کردیم. هدف، درک چگونگی به‌خاطرسپردن تجربیات در طول عمر بود. ما دریافتیم که حافظه از تغییرات سیناپسی در مدارهای نورونی ناشی می‌شود. حافظه‌ی کوتاه‌مدت از تغییرات کارکردی و حافظه‌ی درازمدت از تغییرات ساختاری در سیناپس‌ها به وجود می‌آید. در این پژوهش، ما به دنبال شناسایی مولکول‌های مسئول حافظه‌ی کوتاه‌مدت بودیم و با آپلیزیا (Aplysia)، جانوری با دستگاه عصبی ساده، وارد عرصه‌ای ناشناخته شدیم.

آپلیزیا به ما امکان داد تا ساختار مولکولی ذخیره‌سازی حافظه را بررسی کنیم. ما شبکه‌ی ارتباطات سیناپسی دستگاه عصبی آپلیزیا را کاوش کردیم و عصب‌راهه‌ی واکنش جمع‌شدن آبشش آن را ترسیم نمودیم. نشان دادیم که ارتباطات سیناپسی در اثر یادگیری تقویت می‌شوند. تمرکز ما بر سیناپس اصلی بین نورون حسی، که اطلاعات لمس سیفون را انتقال می‌داد، و نورون حرکتی، که پتانسیل عمل‌های منجر به جمع‌شدن آبشش را ایجاد می‌کرد، بود. پرسش این بود: چگونه این دو نورون در تغییر قدرت سیناپسی ناشی از یادگیری نقش دارند؟ آیا نورون حسی تغییر می‌کند و ترانسمیتر (transmitter) بیشتری آزاد می‌کند؟ یا تغییر در نورون حرکتی رخ می‌دهد و گیرنده‌های بیشتری برای ناقل عصبی تولید می‌شود؟

ما کشف کردیم که در خوگیری کوتاه‌مدت، نورون‌های حسی ناقل عصبی کمتری آزاد می‌کنند، اما در حساس‌سازی (sensitization)، ناقل عصبی بیشتری ترشح می‌شود. این ناقل، گلوتامات (glutamate) بود، که مهم‌ترین ناقل تحریکی در مغز پستانداران نیز هست. حساس‌سازی مقدار گلوتاماتی را که نورون حسی به نورون حرکتی می‌فرستد افزایش می‌دهد و توان سیناپسی را تقویت می‌کند، که باعث می‌شود نورون حرکتی راحت‌تر پتانسیل عمل را انتقال دهد و آبشش جمع شود (تصویر ۱۶-۱).

شوک الکتریکی به دم آپلیزیا نه‌تنها ترشح گلوتامات را افزایش می‌داد، بلکه انتقال سیناپسی را برای چند دقیقه تقویت می‌کرد. این تقویت با توان سیناپسی آهسته در نورون حسی همراه بود، که برخلاف توان سیناپسی نورون حرکتی (یک‌هزارم ثانیه)، چند دقیقه دوام داشت. دریافتیم که شوک الکتریکی نورون‌های حسی دم را فعال می‌کند، که به نوبه‌ی خود نورون‌های رابط را تحریک می‌کنند. این نورون‌های رابط، توان سیناپسی آهسته را تولید می‌کنند. پرسش بعدی این بود: نورون‌های رابط کدام ناقل عصبی را آزاد می‌کنند و چگونه این ناقل باعث ترشح گلوتامات اضافی می‌شود؟

ما دریافتیم که نورون‌های رابط، سروتونین (serotonin) آزاد می‌کنند. این نورون‌ها نه‌تنها با جسم سلولی نورون‌های حسی سیناپس تشکیل می‌دهند، بلکه با پایانه‌های پیشاسیناپسی نیز ارتباط دارند. تزریق سروتونین به محل تماس نورون‌های حسی و حرکتی، توان سیناپسی آهسته، تقویت توان سیناپسی، و افزایش واکنش جمع‌شدن آبشش را شبیه‌سازی کرد. این نورون‌های رابط را «نورون‌های رابط تنظیم‌کننده» (modulatory interneurons) نامیدیم، زیرا مستقیماً رفتار را ایجاد نمی‌کردند، بلکه ارتباطات سیناپسی را تقویت و واکنش آبشش را تنظیم می‌کردند (تصویر ۱۶-۱).

دو نوع مدار نورونی شناسایی شد: مدارهای میانجی، که رفتار را مستقیماً ایجاد می‌کنند، و مدارهای تنظیم‌کننده، که قدرت ارتباطات سیناپسی را تنظیم می‌کنند. مدارهای میانجی از نورون‌های حسی سیفون، نورون‌های رابط، و نورون‌های حرکتی تشکیل شده‌اند و در یادگیری اطلاعات جدید را کسب می‌کنند. مدارهای تنظیم‌کننده، مانند معلمی، رفتار را با تنظیم دقیق ارتباطات سیناپسی در پاسخ به یادگیری تغییر می‌دهند (تصویر ۱۶-۱). این یافته‌ها نشان داد که سروتونین به‌عنوان یک ناقل عصبی تنظیم‌کننده، نقش کلیدی در حساس‌سازی و تقویت حافظه‌ی کوتاه‌مدت دارد.


📓 در جست‌وجوی حافظه: پیدایش دانش نوین ذهن
✍ اریک کندل
®️ سلامت رنجبر

🆔 @Chekide_ha