Še vedno se spominjam akcijskega filma "Johnny the Mnemonic". Tam je K. Reeves vsadil bliskovni pogon v možgane in vanj naložil neizmerjene količine informacij. Kako lepo se je spomniti vsega! Toda Sherlock Holmes je spomin imenoval podstrešje. Če boste vse vrgli tja in ga shranili več let, potem ga tam nemogoče hitro najti in morda sploh ne bo delovalo. Zato se je spomnil le tistega, kar je pri svojem delu potreboval.
Danes je celo odgovor na osnovno vprašanje - kaj je spomin v času in prostoru - sestavljen predvsem iz hipotez in predpostavk. Če govorimo o vesolju, potem še vedno ni povsem jasno, kako je organiziran spomin in kje točno se nahaja v možganih. Znanstveni podatki kažejo, da so njeni elementi prisotni povsod, na vsakem od področij naše "sive snovi".
Še več, ene in iste, na videz, informacije se lahko zapišejo v spomin na različnih mestih.
Ugotovljeno je bilo na primer, da je prostorski spomin (ko se spomnimo določenega okolja prvič - sobo, ulico, pokrajino) povezan z možganskim območjem, imenovanim hipokampus. Ko bomo to situacijo poskušali izvleči iz svojega spomina, recimo deset let pozneje, bo ta spomin že izvlečen iz povsem drugega področja. Da, spomin se lahko giblje znotraj možganov in to tezo najbolje ponazarja eksperiment, ki je bil enkrat izveden s piščancem. Vtisi igrajo pomembno vlogo v življenju novo valjenih piščancev - takojšnje učenje (in umestitev spomina je učenje). Kokoš na primer zagleda velik premikajoč se predmet in takoj "vtisne" v možgane: to je mati piščanec, morate ji slediti. Če pa se po petih dneh del možganov, odgovoren za odtis, odstrani iz piščanca, se izkaže, da … zapomnjena veščina ni nikamor šla. Preselil se je na drugo območje, kar dokazuje, da obstaja eno skladišče za takojšnje učne rezultate, drugo pa za dolgoročno shranjevanje.
Z veseljem se spominjamo
Še bolj presenetljivo pa je, da možgani nimajo tako jasnega zaporedja premikanja spomina iz operativnega v stalni, kot se to dogaja v računalniku. Delovni pomnilnik, ki beleži takojšnje občutke, hkrati sproži druge spominske mehanizme - srednjeročni in dolgoročni. Toda možgani so energetsko intenziven sistem in zato poskušajo optimizirati uporabo svojih virov, vključno s spominom. Zato je narava ustvarila večstopenjski sistem. Delovni spomin se hitro oblikuje in prav tako hitro uniči - za to obstaja poseben mehanizem. A resnično pomembni dogodki so zabeleženi za dolgoročno shranjevanje, njihov pomen pa poudarjajo čustva, odnos do informacij.
Promocijski video:
Na fiziološki ravni je čustvo aktiviranje najmočnejših biokemijskih modulacijskih sistemov. Ti sistemi sproščajo hormone-posrednike, ki spreminjajo biokemijo spomina v pravo smer. Med njimi so na primer različni hormoni užitka, katerih imena ne spominjajo toliko na nevrofiziologijo, temveč na kriminalno kroniko: to so morfi, opioidi, kanabinoidi - to so zdravila, ki jih proizvaja naše telo. Zlasti endokanabinoidi nastajajo neposredno v sinapsah - stikih živčnih celic. Vplivajo na učinkovitost teh stikov in tako "spodbudijo" zapisovanje teh ali tistih informacij v spomin. Druge snovi med hormoni-mediatorji lahko nasprotno zavirajo proces prenosa podatkov iz delovnega spomina v dolgoročni spomin.
Mehanizmi čustvene, torej krepitve biokemičnega spomina se zdaj aktivno preučujejo. Edina težava je, da lahko tovrstne laboratorijske raziskave izvajajo samo na živalih, koliko pa nam laboratorijski podgana lahko pove o svojih čustvih?
Če smo nekaj shranili v svojem spominu, včasih pride čas, da se te informacije spomnimo, to je, da jo izvlečemo iz spomina. Toda, ali je beseda "ekstrakt" pravilna? Očitno ne prav veliko. Zdi se, da spominski mehanizmi ne pridobivajo informacij, temveč jih obnavljajo. V teh mehanizmih ni informacij, tako kot v "strojni opremi" radijskega sprejemnika ni glasu ali glasbe. Toda s sprejemnikom je vse jasno - ta obdeluje in pretvori prejeti elektromagnetni signal na anteno. Kakšen "signal" se obdeluje pri pridobivanju pomnilnika, kje in kako so ti podatki shranjeni, je še vedno zelo težko reči. Vendar je že znano, da se spomin med spominjanjem prepiše, spremeni ali vsaj to zgodi pri nekaterih vrstah pomnilnika.
Ne elektrika, ampak kemija
V iskanju odgovora na vprašanje, kako lahko spremenimo ali celo izbrišemo spomin, smo v zadnjih letih naredili pomembna odkritja in na temo "spominske molekule" so se pojavila številna dela.
V resnici so že dvesto let poskušali izolirati takšno molekulo ali vsaj kak materialni nosilec misli in spomina, vendar brez večjega uspeha. Na koncu so nevrofiziologi ugotovili, da v možganih ni nič posebnega: spomin je 100 milijard nevronov, med njimi je 10 kvadratnih milijard povezav in nekje tam, v tej kozmični lestvici, so spomin, misli in vedenje enakovredno kodirani. V možganih so bili poskusi, da bi blokirali določene kemikalije, kar je privedlo do spremembe spomina, pa tudi do spremembe celotnega delovanja telesa. Šele leta 2006 so se pojavila prva dela o biokemičnem sistemu, ki se zdijo zelo specifični za spomin. Njena blokada ni povzročila nobene spremembe v vedenju ali sposobnosti učenja - le izgubo nekaj spomina. Na primer spomin na situacijo oz.če je bil blokator injiciran v hipokampus. Ali čustveni šok, če bi mu v amigdalo vbrizgali blokator. Najdeni biokemični sistem je protein, encim imenovan protein kinaza M-zeta, ki nadzoruje druge beljakovine.
Eden glavnih problemov nevrofiziologije - nezmožnost izvajanja poskusov na ljudeh. Vendar so tudi pri primitivnih živalih osnovni mehanizmi spomina podobni kot pri nas.
Molekula deluje na mestu sinaptičnega stika - stika med nevroni v možganih. Tu moramo narediti eno pomembno odstopanje in razjasniti posebnosti teh zelo stikov. Možgani so pogosto primerljivi z računalnikom, zato mnogi mislijo, da so povezave med nevroni, ki ustvarjajo vse, čemur pravimo mišljenje in spomin, po naravi čisto električne. A temu ni tako. Jezik sinaps je kemija, tu nekatere izločene molekule, kot ključ s ključavnico, delujejo z drugimi molekulami (receptorji) in šele nato se začnejo električni procesi. Učinkovitost in visoka prepustnost sinapse sta odvisna od tega, koliko specifičnih receptorjev bo preko živčne celice dostavljeno na mesto stika.
Beljakovine s posebnimi lastnostmiProtein kinaza M-zeta samo nadzira dostavo receptorjev v sinapsijo in s tem povečuje njeno učinkovitost. Ko se te molekule hkrati vklopijo v več deset tisočih sinapsah, pride do preusmerjanja signala in splošne lastnosti določene mreže nevronov se spremenijo. Vse to nam malo pove o tem, kako so spremembe v pomnilniku zakodirane pri tem preusmerjanju, vendar je ena stvar zagotovo: če je protein kinaza M-zeta blokirana, bo pomnilnik izbrisan, ker kemične vezi, ki ga zagotavljajo, ne bodo delovale. Na novo odkrita "molekula" spomina ima številne zanimive lastnosti.
Prvič, da je sposoben samoreprodukcije. Če se zaradi učenja (torej prejemanja novih informacij) v sinapsi oblikuje določeno dopolnilo v obliki določene količine proteinske kinaze M-zeta, potem lahko ta količina tam ostane zelo dolgo, kljub temu, da se ta beljakovinska molekula razgradi v treh do štirih dneh. Nekako molekula nekako mobilizira vire celice in poskrbi za sintezo in dostavo novih molekul na mesto sinaptičnega stika, da nadomesti tiste, ki so ostale.
Drugič, ena najzanimivejših lastnosti proteinske kinaze M-zeta je njena blokada. Ko so raziskovalci morali pridobiti snov za poskuse blokiranja spominske "molekule", so ji preprosto "prebrali" odsek njenega gena, ki kodira lasten zaviralec peptidov, in ga sintetiziral. Vendar tega zaviralca celica nikoli ne proizvaja sama, in za kakšen namen je evolucija pustila kodo v genomu, ni jasno.
Tretja pomembna lastnost molekule je, da imata tako ona kot njen blokator skoraj enak videz za vsa živa bitja z živčnim sistemom. To kaže, da v osebi protein kinaze M-zeta imamo opravka z najstarejšim mehanizmom prilagajanja, na katerem je zgrajen tudi človeški spomin.
Seveda beljakovinska kinaza M-zeta ni "spominska molekula" v smislu, v katerem so se pretekli znanstveniki upali najti. Ni materialni nosilec zapomnjenih informacij, ampak očitno deluje kot ključni regulator učinkovitosti povezav znotraj možganov, sproži nastanek novih konfiguracij kot rezultat učenja.
Vzpostavite stik
Zdaj so poskusi z blokatorjem protein-kinaze M-zeta v nekem smislu "streljanje po območju". Snov se s pomočjo zelo tanke igle vbrizga v določene dele možganov eksperimentalnih živali in s tem takoj izklopi spomin v velikih funkcionalnih blokih. Meje vdora blokatorja niso vedno jasne, prav tako tudi njegova koncentracija na območju mesta, izbranega za cilj. Zato vsi poskusi na tem področju ne prinašajo nedvoumnih rezultatov.
Resnično razumevanje procesov, ki se pojavljajo v spominu, je mogoče zagotoviti z delom na ravni posameznih sinaps, vendar to zahteva usmerjeno dostavo blokatorja v stik med nevroni. Danes je to nemogoče, a ker je taka naloga pred znanostjo, se slej ko prej pojavijo orodja za njeno rešitev. Na optogenetiko so vpeti posebni upi. Ugotovljeno je bilo, da je mogoče celico, v katero je vgrajena sposobnost sinteze beljakovinsko občutljivega proteina, nadzorovati z laserskim žarkom. In če takšne manipulacije na ravni živih organizmov še niso bile izvedene, se na podlagi gojenih celičnih kultur že izvaja nekaj podobnega, rezultati pa so zelo impresivni.
Avtor - doktor bioloških znanosti, dopisni član Ruske akademije znanosti, profesor, direktor RAS IVNDiNF