Felejtés alvás alatt

Idegrendszerünket folyamatosan bombázza a környezetéből érkező információ, aminek egy részét el is raktározza. Az elraktározott információ azonban nem érinthetetlen, a felesleges(nek ítélt) részek egyszerűen kitörlődnek, elfelejtődnek. Úgy tűnik, hogy az efféle karbantartásban alapvető szerepe van az alvásnak, hisz ebben a külső ingerektől elszigetelt állapotban az idegrendszer feltehetőleg optimalizálhatja az emlékeket raktározó hálózatokat. E folyamat részleteinek megértése még várat magára, egy új vizsgálat azonban egy lépéssel közelebb hozta ezt a célt.

Emlékezeti folyamatok: felejtés

Az emlékek felidézésekor valami egészen furcsa dolog történik: az elménkben olyan dolgok jelenhetnek meg, amik éppen nincsenek közvetlen környezetünkben. Ebből már levonható az a következtetés, hogy az elménk valami módon leképezheti és elraktározhatja az érzékelésből származó tapasztalatainkat, vagyis léteznek ún. emlékezeti reprezentációk. A modern idegtudomány eredményei alapján azt is nagy biztossággal lehet állítani, hogy ezek a mentális, emlékezeti reprezentációk neurális reprezentációk meglétét feltételezik, vagyis egy emlék felidézése tulajdonképpen egy idegrendszeri aktivációs mintázat újraaktiválódásának eredménye.

Az emlékezeti reprezentációknak több típusa van, de jelen esetben elegendő az epizodikus reprezentációkról ejteni néhány szót. Az epizodikus emlékek egy-egy élményt képeznek le, a maga teljes összetettségében: mit láttunk, hallottunk, éreztünk egy adott esemény lezajlása során. Jó okunk van feltételezni, hogy az efféle epizodikus emlékek neurális reprezentációiban a hippokampusz egyes neuronjai is szerepelnek, sőt gyakorlatilag szükségesek ahhoz, hogy ilyen jellegű reprezentációk egyáltalán létrejöhessenek. Az emlékezeti reprezentációk kialakulásához az őket alkotó idegsejtek közötti kapcsolatoknak, a szinapszisoknak feltehetőleg meg kell erősödni, hogy minél nagyobb valószínűséggel legyenek képesek együtt újraaktiválódni. A legtöbb kutató egyetért abban, hogy az idegrendszernek ezeket a szinaptikus változásokat egyrészt az emléknyom kialakításához kell eszközölnie, másrészt az emléknyom megszilárdulásakor vagy elfelejtésekor van szükség hasonló folyamatokra.

hpcrepr
Egy epizodikus emlék neurális reprezentációja feltehetőleg az agykéreg különböző területeit foglalja magába, melyek között a hippokampusz teremti meg a kapcsolatot (Forrás: Raslau és mtsai., 2014 – AJNR).

Érdekes belegondolni abba, hogy az emlékezet normális működéséhez valószínűleg elengedhetetlen a felejtés: az elképesztő mennyiségű információ eredeti alakban történő tárolása valószínűleg nagyon megterhelő lenne az idegrendszernek, mind a tárolás, mind a későbbi keresés energiaigénye miatt. Ezzel párhuzamban állnak hétköznapi tapasztalataink is: napunk eseményeire ma még egészen pontosan vissza tudunk emlékezni, de néhány nap múlva már nem feltétlenül marad meg, hogy mit reggeliztünk, vagy például hogy kivel, és miről beszélgettünk ebéd után.

A hipotalamusz szerepe a felejtésben

A felejtés tehát alapvető jelentőségű emlékezeti folyamatnak tekinthető, aminek az idegrendszeri alapjairól egyelőre kevés konkrét eredmény áll rendelkezésre. Egy új vizsgálat azonban feltárta a jelenség neurofiziológiai hátterének egy részletét: a hipotalamusz egyik sejtcsoportjának alvás alatti aktivitása hozzájárul a felejtéshez, feltehetőleg hippokampális kapcsolatai révén.

Mivel a hippokampusznak minden kétséget kizáróan központi szerepe van az epizodikus emlékezeti reprezentációk kialakításában és fenntartásában is, a kutatók először a hippokampusz anatómiai kapcsolatait térképezték fel, az ún. retrográd terjedő gyöngyök segítségével. Ezek tulajdonképpen szintetikus polimerek, amik egyrészt képesek az idegsejtekben a sejtnyúlványtól a sejttest felé haladó szállítórendszerhez kötődni, másrészt akár fluoreszcens vegyületek kapcsolhatók hozzájuk, így egy adott agyterületre befecskendezve az ott lévő idegsejtnyúlványokba kerülnek és elszállítódnak egészen azokig a sejttestekig, melyekből ezek a nyúlványok erednek. A fluoreszcens jel megjelenése tehát arra utal, hogy a jelölt terület a befecskendezés helyére küld sejtnyúlványokat.

Az így megjelölődött agyterületek közül a hipotalamusz keltette fel a kutatók figyelmét, mivel jól tudták, hogy található itt egy olyan sejtcsoport, melynek markáns hatásai vannak az alvásra. Ez a sejtcsoport melanin-koncentráló hormont (MCH – a csontos halakban a bőr pigmentációját szabályozza, az emlősök idegrendszerében több funkciót is ellát) fejez ki, így az erre specifikus antitest segítségével jelölhető. Az így megjelölt terület átfedésben volt a gyöngyök által jelölt területtel, vagyis megállapítható, hogy a hipotalamusz MCH sejtjei beidegzik a hippokampuszt.

hthmch
Az emberi hipotalamuszban (pirossal) számos idegsejtcsoport elkóülöníthető az általuk kifejezett jelátvivők alapján. A hipotalamusz oldalsó részén (a jobb oldali ábrán középen pirossal) találhatók a melanin-koncentráló hormont (MCH) kifejező neuronok (Forrás: Merkle és mtsai., 2015 – Development).

A sejtcsoport által termelt MCH-nak jól körvonalazott hatása van az alvásra (segíti az elalvást, és fokozza bizonyos alvásszakaszok hosszát), a sejtek tevékenységének részletei azonban eddig nem voltak ismertek, így a kutatók mikroendoszkóp segítségével figyelték meg a kísérleti állatok hipotalamuszát. A génmódosított állatok MCH-sejtjei kalcium-érzékeny fluoreszcens festéket fejeztek ki, így mikor a sejtek aktiválódtak, egyúttal fluoreszcens jelet is produkáltak. A kutatók azt találták, hogy az MCH-t termelő sejtek között vannak, amik ébrenlét során a legaktívabbak, vannak amik az alvás REM szakaszában, és vannak amik ebben a két állapotban egyaránt magas aktivitással jellemezhetők.

A kutatók tehát kimutatták, hogy a hipotalamusz MCH-sejtjei az éberségi állapot függvényében váltooztatják aktivitásukat és összeköttetésben vannak a hippokampusszal, ami már felvetette, hogy az alvás alatt zajló emlékezeti folyamatokban is szerepük lehet. Ezt a lehetőséget úgy vizsgálták meg, hogy két, kifejezetten a hippokampuszhoz köthető emlékezeti feladatban nyújtott teljesítményt figyelték, miközben az MCH neuronok működését különböző módszerekkel befolyásolták. Az egyik feladatban a kísérleti állatok először megismerkedtek egy tereptárggyal, majd a teszt során az ismert tárgy mellett elérhetővé vált egy új tárgy is. Amennyiben az állat emlékszik az ismert tárgyra, azzal jóval kevesebb időt tölt, mint az új objektummal. A másik feladat kontextuális félelmi kondícionálás volt, ennek lényege, hogy az állat egy helyszínt, kontextust (ketrec) társít egy kellemetlen ingerrel (áramütés), így idővel rögtön a ketrecbe helyezést követően félelmi reakciót mutat (megdermed). Az MCH neuronok mesterséges aktiválásának hatására a kísérleti állatok a várttól rosszabbul teljesítettek mindkét feladaton (hosszabb időt szenteltek az ismerős ingernek, illetve rövidebb ideig tartott a dermedés), vagyis elhalványodtak a feladatokkal kapcsolatos emlékeik. Ezzel szemben a sejtek tevékenységének mesterséges gátlása fokozta az emlékek erejére utaló mutatók értékét, tehát megakadályozta az emlékek feledésbe merülését.

nor
Az új objektum felismerési teszt: a kísérleti állat először egy tárggyal ismerkedik meg, majd a tesztelésnél az ismerős tárgy mellett, egy új objektumhoz is hozzáfér (Forrás: knowingneurons.com).

Ezek után az MCH neuronok írtásának hosszú távú emlékezeti hatásait figyelték meg a kutatók. A kísérleti állatokban az MCH génjéhez kötötték egy neurotoxin kifejeződését, így az MCH-t termelő hipotalamikus sejtek elpusztultak. Ezeknél az állatoknál az emlékezeti mutatók jelentősen magasabbak voltak 24 és 48 óra elteltével is, mint normális társaiknál. A kutatók megismételték ezt a kísérletet, de ekkor már a kísérleti állatok egy csoportját nem hagyták aludni, és ezeknél nem is jelentkezett az emlékezeti teljesítmény javulása. A kutatók végül azt is kimutatták, hogy az MCH neuronok aktivitásának az alvás REM szakaszában történő gátlása javította a kísérleti állatok teljesítményét.

Mindez arra utal, hogy a normális felejtéshez a hipotalamikus MCH neuronok alvás alatti aktiválódása szükséges. Ugyan a folyamat további részleteire ezúttal nem derült fény, feltételezhető, hogy az MCH sejtek által a hippokampuszban felszabadított jelzőmolekulák hatására az emlékezeti reprezentációkat kialakító szinaptikus kapcsolatok „ereje” megcsappan, vagyis lecsökken az újraaktiválódás esélye. A további vizsgálatok bizonyára ezekre a részletekre is kitérnek majd.

Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2019/51. számában jelent meg.

Források:

https://science.sciencemag.org/content/365/6459/1308

https://www.nature.com/articles/s41583-019-0232-3

http://www.ajnr.org/content/35/11/2058