Ερευνητές του NYU Langone Health, με επικεφαλής την αναπληρώτρια καθηγήτρια Νευροεπιστήμης Katherine Nagel, επιβεβαίωσαν μια μακροχρόνια υπόθεση για το πώς ο εγκέφαλος κωδικοποιεί τις βραχυπρόθεσμες αναμνήσεις, χρησιμοποιώντας ως μοντέλο τη μύγα των φρούτων. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature στις 7 Οκτωβρίου και περιγράφει ένα νευρωνικό κύκλωμα που επιτρέπει στη μύγα να θυμάται προσωρινά μια κατεύθυνση και να κινείται προς μια οσμή που θέλει να ακολουθήσει.
Σε αντίθεση με τον ανθρώπινο εγκέφαλο, που διαθέτει δεκάδες δισεκατομμύρια νευρώνες, ο εγκέφαλος της μύγας έχει λιγότερους από 200.000. Παρά τη σχετική απλότητά του, όμως, μοιάζει εντυπωσιακά με τον ανθρώπινο ως προς την οργάνωση και τον τρόπο που οι νευρώνες επικοινωνούν μεταξύ τους. Η μύγα των φρούτων είναι πολύτιμο μοντέλο για τους νευροεπιστήμονες επειδή όλες οι συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων της — το λεγόμενο «κονέκτωμα» — έχουν χαρτογραφηθεί πλήρως, επιτρέποντας την άμεση μελέτη του πώς διαφορετικοί τύποι νευρώνων αλληλεπιδρούν για να προκαλέσουν συγκεκριμένες συμπεριφορές.
Η εργαζόμενη μνήμη είναι η ικανότητα να ενεργοποιούμε γρήγορα μια προσωρινή πληροφορία — για παράδειγμα, να συγκρατούμε για λίγο τα ψηφία ενός κωδικού ασφαλείας. Δεν θα είχε νόημα, ωστόσο, να σπαταλάμε ενέργεια κρατώντας περιττές πληροφορίες, όπως το να απομνημονεύουμε κάθε σειρά αριθμών που συναντάμε μέσα στη μέρα. Η μελέτη εξέτασε πώς οι νευρικές αλληλεπιδράσεις μπορούν να είναι ταυτόχρονα σταθερές — δηλαδή να διατηρούνται για κάποιο διάστημα — και να ενεργοποιούνται ή να απενεργοποιούνται γρήγορα.
Όταν οι ερευνητές εξέθεσαν τις μύγες σε έντονη μυρωδιά μηλόξυδου, εκείνες κινήθηκαν προς την οσμή, ακόμη και για λίγα δευτερόλεπτα αφού αυτή εξαφανίστηκε. Παρακολουθώντας τους εγκεφάλους των μυγών κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, διαπίστωσαν ότι δύο διαφορετικοί τύποι νευρώνων — οι PFG και hΔK — ανταποκρίθηκαν στην οσμή με παρόμοια μοτίβα ηλεκτρικής δραστηριότητας. Αυτό τους οδήγησε να πιστέψουν ότι τα κύτταρα συνεργάζονται για να ελέγξουν την κίνηση της μύγας ως απόκριση στην οσμή.
Οι δύο τύποι νευρώνων σχηματίζουν αυτό που είναι γνωστό ως δίκτυο ελκυστή: ένα είδος νευρωνικού κυκλώματος στο οποίο μια ομάδα νευρώνων «συνομιλεί» με τον εαυτό της έως ότου προκύψει ένα σταθερό σήμα. Στην περίπτωση αυτή, ωστόσο, υπάρχει μια ιδιαιτερότητα. Οι PFG και hΔK δεν επικοινωνούν συνεχώς μεταξύ τους: τις περισσότερες φορές η δραστηριότητα των hΔK είναι μπλοκαρισμένη.
Όταν η επικοινωνία μεταξύ τους διακόπτεται, οι νευρώνες PFG παρακολουθούν τον προσανατολισμό της μύγας στον χώρο λαμβάνοντας πληροφορίες από το σύστημα «πυξίδας» της. Όταν όμως αίρεται ο αποκλεισμός και οι δύο τύποι επικοινωνούν, η μύγα μπορεί να «κλειδώσει» σε μια συγκεκριμένη αφετηρία, όπως την πηγή μιας οσμής, και να κινηθεί προς αυτήν. Οι ερευνητές ονομάζουν το σύστημα αυτό «διαιρεμένο δίκτυο ελκυστή»: ο PFG λαμβάνει το περιεχόμενο της μνήμης, ο hΔK ελέγχει τον χρονισμό σχηματισμού της και ο αποκλεισμός επικοινωνίας λειτουργεί ως πύλη. Ο συνδυασμός αυτός παρέχει την ευελιξία και τη σταθερότητα του σήματος που απαιτεί η εργαζόμενη μνήμη.
Όπως εξηγεί η Nagel, οι επιστήμονες υπέθεταν εδώ και καιρό ότι μια τέτοια διάταξη τροφοδοτεί την εργαζόμενη μνήμη, αλλά τα πειράματα επιβεβαιώνουν πλέον ότι υπάρχει και δείχνουν πώς λειτουργεί σε ένα συγκεκριμένο πλαίσιο. «Αυτή τη στιγμή, ένα από τα σύνορα της νευροεπιστήμης είναι να κατανοήσουμε τι κάνουν συγκεκριμένα δίκτυα, και η μύγα των φρούτων είναι ένα από τα καλύτερα μοντέλα για να το μελετήσουμε», λέει η Nagel. «Η μύγα έχει εκπληκτικό ιστορικό στο να αποκαλύπτει πώς λειτουργεί η ανθρώπινη βιολογία με σαφή και απλό τρόπο. Ελπίζω ότι θα μας δώσει εικόνα για διεργασίες όπως η εργαζόμενη μνήμη, για τις οποίες δεν είχαμε ακόμη τα εργαλεία να μελετήσουμε σε βάθος».
Στα επόμενα βήματα, το εργαστήριο της Nagel θέλει να μάθει πώς το κύκλωμα αυτό ελέγχεται σε διαφορετικά χρονικά πλαίσια και να χαρακτηρίσει το είδος των πληροφοριών που παρακολουθούν άλλοι τύποι νευρώνων. Η ομάδα επιδιώκει επίσης να καταλάβει πώς και γιατί διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου είναι ικανές να ελέγχουν παρόμοιες λειτουργίες ταυτόχρονα.
Η χρηματοδότηση προήλθε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας των ΗΠΑ και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, ενώ στη μελέτη συμμετείχε και ο Μπαρντ Έρμεντραουτ (Bard Ermentrout) από το Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ.
Σχόλια