مکانیزم‌های سلولی و مولکولی حافظه‌ی کوتاه‌مدت در آپلیزیا

در سال ۱۹۷۵، ما پژوهشی را برای کشف مکانیزم‌های سلولی حافظه آغاز کردیم تا درک کنیم انسان چگونه ملاقات با شخصی، نگاهی به طبیعت، یا تشخیص پزشکی را در طول عمر به خاطر می‌سپارد. 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. هدف، شناسایی مولکول‌های مسئول حافظه‌ی کوتاه‌مدت بود. آپلیزیا (Aplysia)، با دستگاه عصبی ساده‌اش، امکان بررسی ساختار مولکولی ذخیره‌سازی حافظه را فراهم کرد. ما شبکه‌ی پیچیده‌ی ارتباطات سیناپسی دستگاه عصبی آپلیزیا را کاوش کردیم، عصب‌راهه‌ی واکنش جمع‌شدن آبشش را ترسیم نمودیم و 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 پایانه‌های آکسونش ترانسمیتر (transmitter) بیشتری آزاد می‌کند؟ یا تغییر در نورون حرکتی رخ می‌دهد و گیرنده‌های بیشتری برای ناقل عصبی (neurotransmitter-gated receptors) ساخته می‌شود؟ کشف کردیم که تغییر یک‌طرفه است. در خوگیری کوتاه‌مدت، که چند دقیقه طول می‌کشد، نورون‌های حسی ناقل عصبی کمتری آزاد می‌کنند، اما در حساس‌سازی (sensitization)، ناقل عصبی بیشتری ترشح می‌شود. این ناقل، گلوتامات (glutamate)، مهم‌ترین ناقل تحریکی در مغز پستانداران است. حساس‌سازی مقدار گلوتاماتی را که نورون حسی به نورون حرکتی می‌فرستد افزایش می‌دهد، توان سیناپسی را تقویت می‌کند و نورون حرکتی راحت‌تر پتانسیل عمل را انتقال می‌دهد، که باعث جمع‌شدن آبشش می‌شود (تصویر ۱۶-۱).

توان سیناپسی بین نورون‌های حسی و حرکتی تنها یک تا دو هزارم ثانیه طول می‌کشد، اما شوک الکتریکی به دم آپلیزیا ترشح گلوتامات را افزایش داد و انتقال سیناپسی را برای چند دقیقه تقویت کرد. 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 گروهی از نورون‌های رابط را تحریک می‌کنند. این نورون‌های رابط، توان سیناپسی آهسته را تولید می‌کنند. نورون‌های رابط، سروتونین (serotonin) آزاد می‌کنند، که نه‌تنها با جسم سلولی نورون‌های حسی سیناپس تشکیل می‌دهد، بلکه با پایانه‌های پیشاسیناپسی نیز ارتباط دارد. تزریق سروتونین به محل تماس نورون‌های حسی و حرکتی، توان سیناپسی آهسته، تقویت توان سیناپسی، و افزایش واکنش جمع‌شدن آبشش را شبیه‌سازی کرد. این نورون‌ها 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. این مدار مسئول تحریک آپلیزیا است، مشابه مدارهای تنظیم‌کننده در جانوران پیچیده‌تر که سازه‌های اصلی حافظه را تشکیل می‌دهند (تصویر ۱۶-۱).

سروتونین زنجیره‌ای از کنش‌و‌واکنش‌های بیوشیمیایی (biochemical signaling pathways) را به جریان می‌اندازد. فرض کردیم که آدنوزین مونوفسفات حلقوی (cyclic adenosine monophosphate, CAMP) نقش کلیدی دارد. CAMP، به‌عنوان پیام‌رسان ثانی (second messenger)، در یاخته‌های ماهیچه‌ای و چربی شناخته شده بود. طبیعت محافظه‌کار است و سازوکارهای مشابهی را در بافت‌ها به کار می‌گیرد. سروتونین با اتصال به گیرنده‌های سوخت‌وسازی (metabotropic receptors)، آنزیم آدنیلیل سیکلاز (adenylyl cyclase) را فعال می‌کند، که CAMP تولید می‌کند. یک مولکول سروتونین هزاران مولکول CAMP تولید می‌کند، که واکنش‌های بیوشیمیایی را تشدید می‌کند. برخلاف گیرنده‌های یون‌گرا (ionotropic receptors) که چند‌هزارم ثانیه عمل می‌کنند، تأثیرات سوخت‌وسازی چند ثانیه تا چند دقیقه دوام دارند (تصویر ۱۶-۲). این یافته‌ها شالوده‌ی درک مولکولی حافظه‌ی کوتاه‌مدت را تشکیل دادند.


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

🆔 @Chekide_ha