A távoli emlékezet kapuőrei az asztrociták

Az emlékek szűrésen esnek át, míg a hosszú távú tárolásra alkalmasnak bizonyulnak. A hosszú távú emlékezetben ugyanis nincs mindennek hely, a jelentéktelen részletek a feledés homályába vesznek. Ez a folyamat szorosan szabályozott, hiszen megannyi szempontot kell figyelembe venni, hogy az agy elválaszthassa a hasznos emléknyomokat a haszontalanoktól. A legújabb eredmények szerint ez a szűrés már az emlék kódolása során elkezdődik, és az asztrociták, a korábban az idegsejtek gondozóinak tartott idegszöveti sejtek, is fontos szerepet töltenek be benne.

A távoli emléknyomok

Az emlékezetünkben sokféle tartalmat találhatunk. Vannak emlékeink a mai napról, a tegnapiról, a múlt hétről és a múlt évről is. Általában igaz az, hogy az aktuális napot szinte teljes egészében fel tudjuk idézni, míg mondjuk egy napot a múlt hétről már nehezebb ilyen pontosan előhívni a memóriánkból, egy véletlenszerűen választott napot a múlt évből pedig szinte lehetetlen. Ez azért van így, mert az emlékeink idővel a feledés homályába vesznek, csak a legjelentősebb pillanatok ragadnak meg a távoli emlékek között. Az emlékezetkutatók úgy tartják, hogy a még labilis emléknyomok a konszolidációnak nevezett emlékezeti folyamat során szilárdulnak meg, így válnak maradandó emlékekké.

De mi is egy emléknyom és hogyan szilárdulhat meg? Elsőként talán David Hartley vetette fel a XVII. században, hogy az emlékezet az agyban bekövetkező változásokon alapul. Az érzékletek az agyban rezgéseket váltanak ki, és a rezgések összerendeződése révén kapcsolódnak össze az érzékletek egy emléknyommá. Ezt az elgondolást Richard Semon vitte tovább a XIX. században, aki azt vallotta, hogy az ember által érzékelt dolgok lenyomatokat hagynak az agyban, és ezek a lenyomatok az emlékezet fiziológiai alapjai. A lenyomatot Semon engramnak nevezte, ez a kifejezés pedig ma is az emlékek idegrendszeri megfelelőjére utal.

A XX. században a kutatók arra jutottak, hogy az engram tulajdonképpen egy idegsejtcsoport, amely együttesen aktiválódik. Elképzelhetjük, hogy az egyik idegsejt a kávé látványára, a másik pedig az illatára aktiválódik az érzékelés során, és ha megerősödik kettőjük közötti a kapcsolat, onnantól fogva együtt aktiválódnak, akkor az elmében összekötődik a kávé látványa és az illata. A sejtek együttes aktivációja azon múlik, hogy a köztük lévő kapcsolatok elég erősek-e ahhoz, hogy amikor az egyik aktívvá válik, akkor a másik is kövesse, tehát az engram kialakulása végső soron a sejtek közötti kapcsolatok megerősödésének következménye. Az engramok utáni hajsza során azt is felismerték a kutatók, hogy az engramokat alkotó sejtek feltehetőleg az agy egészében szétszórva helyezkednek el, bár ez a kérdés a mai napig nem teljesen tisztázott.

Az emléknyomok megszilárdulásának módjával kapcsolatos ismereteket a hippokampusz emlékezeti szerepének feltárása alapozta meg. A hippokampusz nélkül élő személyek totális anterográd amnéziát mutatnak, vagyis képtelenek új emlékeket létrehozni, viszont a távoli emlékeik megmaradnak. Ebből az következik, hogy a hippokampusz kódolja az új emlékeket, a távoli emlékek viszont már bizonyos szinten függetlenné válnak a hippokampusztól. Az emlékek konszolidációja során tehát feltehetőleg a hippokampuszból az agykéregbe helyeződik át az emléknyom. A konszolidáció folyamata a jelek szerint főleg alvás alatt megy végbe, de legalábbis ilyenkor a leghatékonyabb. Az idegtudósok találtak már bizonyítékot arra, hogy az alvás során olyan sejtaktivációs mintázatok jelennek meg újra a hippokampuszban, amelyek az ébrenlét során jöttek létre, ami arra utal, hogy az éber élményekhez tartozó mintázatok újraaktiválódnak az alvás során. Ez a jelenség ráadásul olyan elektrofiziológiai eseményekkel esik egybe, amelyek azt sugallják, hogy a hippokampusztól az agykéreg felé áramlik az információ.

Az emlékek a hippokampusz és az agykéreg által alkotott sejthálózatokban kódolódnak, majd a konszolidáció során akár egészében az agykéregbe helyeződnek át távoli emléknyomként (Forrás: Klinzing et al., 2019 – Nature Neuroscience).

Összefoglalva tehát ismert, hogy az emlékek neurális alapja, az engram, tulajdonképpen egy sejtaktivációs mintázat. Az is valószínű, hogy az új emlékek kódolását a hippokampusz végzi, a távoli emlékek viszont az agykéregbe lokalizálhatók. A konszolidáció folyamata révén a hippokampuszból az agykéregbe kerülnek át az engramok, és így jönnek létre a távoli emlékeink.

Ajtónálló asztrociták

Az utóbbi időkben több eredmény utalt arra, hogy a távoli emlékek létrejöttében az agy asztrocitáinak is szerepe lehet, és egy új vizsgálatban éppen ezt igyekezett jobban körülhatárolni egy izraeli kutatócsoport. A gliasejtek, pontosabban az asztrociták, hosszú ideig az idegsejtek dajkáiként szerepeltek az idegtudomány ismeretanyagában, de manapság már tudvalevő, hogy az idegsejtek közötti kommunikációba is beleszólnak. Ezt erősítette meg egy korábbi felfedezés, miszerint egy az asztrociták működését érintő génmutáció miatt a kísérleti egerek emlékezete is súlyos hiányosságokat mutatott.

Az izraeli kutatók azt feltételezték, hogy az asztrociták működési zavarából következő emlékezeti probléma legalább részben a hippokampuszhoz köthető. Az asztrociták működését kemogenetikusan befolyásolták, vagyis olyan receptorok kifejezését érték el a hippokampális asztrocitákban génmanipulációval, amik csak egy mesterséges vegyülettel aktiválhatók. A kutatók azt találták, hogy a vegyület beadásának hatására az asztrociták működése jelentősen megváltozott, ezért azt is letesztelték, hogy milyen hatása van ennek a beavatkozásnak a viselkedésre. Az egereket kontextuális félelmi kondicionálási feladaton vizsgálták, de rövid távon nem volt hatása az asztrociták befolyásolásának. A tesztet azonban egy hónappal később is megismételték, és a génmanipulált egerek ekkor már jóval gyengébben teljesítettek, mint a társaik.

Kontextuális félelmi kondicionálás

A kontextuális félelmi kondicionálás egy alapvető teszt az állatkísérletes idegtudományban. A lényege, hogy a kísérleti állatok egy speciális ketrecben áramütést kapnak és így a ketrecet a kellemetlen élményhez kötik. A tanulás hatékonyságát azzal lehet mérni, hogy a ketrecbe való visszahelyezésnél hány másodpercre dermed le az állat, ez ugyanis a rágcsálóknál az elkerülhetetlen fenyegetésre adott viselkedéses válasz.

Korábbi eredmények alapján azt is tudni lehetett, hogy a kontextuális félelmi kondicionálás hosszú távú megtartásában az övtekervény elülső kérgi területe játszik szerepet. Ha az övtekervény sejtjeinek működését az emlék kódolásakor gátolják, akkor nem alakul ki normális távoli emlék a kellemetlen élményről. A hippokampusz beidegzi az övtekervényt, és így már feltételezhető volt, hogy az emlék kódolása során a hippokampusz valamiképpen megalapozza az övtekervényben később kialakuló távoli emléknyomot. A kutatók mindent összevetve azt a hipotézist fogalmazták meg, hogy a hippokampális asztrociták a hippokampusz és az övtekervény közti információcserét akadályozhatják az emlék kódolása során, ezzel meggátolva a távoli emlékek kialakulását később.

Az övtekervény elülső része és a hippokampusz (naracssárgával) együttműködésén múlik a távoli emlékek raktározása.

A kutatók ezt a hipotézist három kísérlettel is alátámasztották. Az új eredmények alapján tehát úgy tűnik, hogy az emlékek már a kódolásukkor kaphatnak egy jelet a hippokampusz és az agykéreg összjátéka révén, ami biztosítja bekerülésüket a távoli emlékek közé. A kódolás során azonban az asztrociták működésük révén megakadályozhatják a hippokampusz és az agykéreg kommunikációját, így az adott emlék nagy valószínűséggel már nem válik távoli emlékké. A kutatók ezt az egyébként hasznos mechanizmust indították be olyan szituációban, ami normálisan garantálja a távoli emléknyom képződését, így az nem alakult ki megfelelően. A hippokampusz asztrocitáira tehát tekinthetünk úgy, mint kapuőrökre, akik már a leendő emlék kialakulásakor eldöntik, hogy beeresztik-e az emléket a távoli emlékezet kapuján.

Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2020/43. számában jelent meg.

Források:

https://www.nature.com/articles/s41593-020-0679-6

https://www.nature.com/articles/s41593-020-0678-7