W mózgu myszy, której nie spotyka nic nowego, ustaje tworzenie białek odpowiedzialnych za uczenie się. O tym, jak polscy badacze poznali geny odpowiedzialne za zapamiętywania i wpadli na trop śladu pamięciowego w mózgu, opowiedział PAP prof. Leszek Kaczmarek.
UCZ SIĘ, ŻEBY SIĘ NIE NUDZIĆ
"Człowiek uczy się nowych rzeczy cały czas. Zmian, jakie zachodzą w jego mózgu podczas procesu zapamiętywania, nie uchwycimy, bo następują ciągle. Jednak procesy uczenia się możemy już uchwycić w mózgu zwierzęcia" - mówi w rozmowie z PAP prof. Leszek Kaczmarek z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego w Warszawie.
Wyjaśnia, że gryzoniom w warunkach laboratoryjnych można zapewnić niesłychanie nudne życie. Myszy codziennie o tej samej porze i w tym samym miejscu dostają jedzenie, zawsze ta sama osoba w tym samym ubraniu wymienia im ściółkę i dolewa wodę. Kiedy w życiu takiej myszy wszystko jest powtarzalne, gryzoń nie za wiele się uczy. Jednak kiedy przerywa się monotonię i dostarcza ssakowi nowych bodźców - np. w niespodziewanym miejscu podaje się ich przysmak, w mózgu stworzenia uaktywniają się nowe geny. Okazuje się, że badacze są w stanie te geny odnaleźć i opisać.
NA TROPACH ŚLADU PAMIĘCIOWEGO
Dzięki badaniom na znudzonych szczurach zespołowi prof. Kaczmarka pod koniec lat 80. udało się odnaleźć gen, który ulega ekspresji w procesie uczenia się. Badacze dowiedzieli się też, jak może on wpływać na pracę neuronów i prowadzić do powstania śladu pamięciowego.
"Ponad 25 lat temu odkryliśmy z zespołem, że w procesach związanych z uczeniem się dochodzi do pobudzenia aktywności genu c-fos. Od tego czasu idziemy śladem tego genu. A jest co badać - okazuje się, że gen ów jest jak dyrygent w orkiestrze" - powiedział prof. Kaczmarek. Wyjaśnił, że c-fos reguluje pracę innych genów i ma pośredni wpływ na jakość połączeń między komórkami nerwowymi w danym momencie.
KTÓRĄ DROGĄ POPŁYNĄ MYŚLI
"Ja ślad pamięciowy rozumiem jako drogę, po której płynie informacja. To jak tor kolejowy z Nowego Sącza do Szczecina z ustawionymi po drodze wszystkimi zwrotnicami" - opowiedział Leszek Kaczmarek. Badacz podkreślił, że nasz mózg składa się z ok. 85 mld komórek nerwowych, czyli neuronów. Każdy z neuronów połączony jest z tysiącami innych. W przetwarzaniu informacji ważne jest to, którędy informacje przepłyną. "W sieci kolejowej decydują o tym zwrotnice. One umożliwiają przeniesienie pociągu z jednego toru na inny. A w mózgu rolę takiej zwrotnicy pełni każde połączenie między komórkami nerwowymi, czyli synapsa" - zaznaczył naukowiec. Podczas uczenia się zmieniać się mogą kształty tych "zwrotnic", a więc synaps. A to toruje drogę kolejnym, podobnym informacjom. Kiedy więc za jakiś czas podobny sygnał trafi do neuronów, będzie mu łatwiej popłynąć przygotowaną już ścieżką.
To, czy informacja przejdzie z jednej komórki nerwowej na drugą, zależy od przewodności synapsy i od liczby receptorów na tych synapsach. A to może się dynamicznie zmieniać w czasie i zależne jest m.in. od - regulowanych przez gen c-fos - białek MMP-9 i TIMP-1, których działanie bada teraz prof. Kaczmarek. "Białka te decydują o efektywności przewodzenia informacji. Determinują one, jak zadziała zwrotnica. To fundamentalny proces, jeśli chodzi o funkcjonowanie sieci nerwowej w mózgu" - zapewnił naukowiec. Białka mogą dynamicznie zmieniać kształt synaps i ich przewodność. Okazuje się, że zmiany kształtu synaps można pobudzić w ciągu kilku minut, a taka zmiana może się utrzymywać przez jakiś czas: czasem to kilkadziesiąt minut, a czasem - całe życie.
"Kiedyś mieliśmy wrażenie, że sieć synaps jest stabilna, a teraz - widzimy, że jest ona niesłychanie dynamiczna. Synapsy się ruszają. Jedne połączenia się aktywują, inne - chowają. Układ dostosowuje się do informacji, która przez niego przepływa" - zaznaczył naukowiec.
GENY PAMIĘCI DOBREGO I ZŁEGO
Białka MMP-9 i TIMP-1 mają wpływ na funkcjonowanie tylko niektórych synaps i mają wpływ tylko na pewne rodzaje uczenia się. "W szczególności odkryliśmy, że przy braku w organizmie białka MMP-9 upośledzeniu ulega pamięć o przyjemnych rzeczach" - podsumował Leszek Kaczmarek. Wyjaśnił, że każda pamięć ma podłoże emocjonalne - jest więc pamięć rzeczy przyjemnych - tzw. pamięć apetytywna (np. gdzie jest pożywienie, partner, schronienie) i pamięć awersyjna (gdzie jest zagrożenie). Okazuje się, że enzym MMP-9 jest krytyczny dla pamięci zdarzeń przyjemnych. Naukowiec zapewnia, że jeśli enzymu nie będzie w żadnej komórce ciała, zwierzę będzie zapamiętywało tylko rzeczy nieprzyjemne.
KIEDY SYNAPSY SCHODZĄ NA PSY
Biolog molekularny zwrócił też uwagę, że u różnych ludzi różny jest poziom aktywności enzymu MMP-9. Polskie badania (prowadzone z naukowcami ze Szczecina i Poznania) pokazały, że aktywność białka ma związek ze skłonnością do alkoholizmu, a także z zapadalnością na schizofrenię. Badania pokazały też, że MMP-9 jest istotnym czynnikiem w zespole łamliwego chromosomu X. Zespół ten prowadzi do upośledzenia umysłowego, a chorzy mają objawy padaczki i autyzmu. Pod mikroskopem z kolei widać, że w mózgu takich osób pewne synapsy mają niewłaściwy kształt. Amerykańskie badania na myszach dają nadzieję: być może objawy zespołu łamliwego chromosomu X można będzie osłabić, podając pewien dopuszczony już do sprzedaży antybiotyk, który redukuje poziom aktywności MMP-9 i przez to przywraca konkretnym synapsom odpowiedni kształt. "Rodzi się szansa na nową terapię dla zaburzeń umysłowych" - podkreślił rozmówca PAP.
Na razie opisano dziesiątki genów, które są aktywowane w wyniku uczenia się. "Upierałbym się przy stanowisku, że c-fos jest wyjątkowy. To okno do poznania innych genów mających znaczenie dla procesów uczenia się i zapamiętywania" - zapewnił naukowiec. Zaznaczył jednak, że jego badania mają wytłumaczyć, jak zapamiętywać informację na parę dni. "Na razie małe mamy pojęcie o tym, jak ślad pamięciowy może przetrwać miesiące czy lata" - przyznał.
11.07.2015 PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala, www.naukawpolsce.pap.pl
