دانشمندان سیناپس های مغز را حذف کردند، اما به طرز عجیبی خاطرات همچنان باقی ماند!

هویت ما تا حد زیادی از طریق خاطرات ما شکل می گیرد. خاطرات به ما احساس هویت می دهند، مهارت ها را تثبیت می کنند و به ما امکان می دهند محیط و جهان خود را بشناسیم. علیرغم اهمیت حیاتی حافظه بلند مدت، دانشمندان هنوز تصویر کاملی از فرآیندهای بیولوژیکی درگیر در ایجاد و نگهداری آن ندارند.

برای مثال، دانشمندان می‌دانند که پدیده‌ای به نام تقویت طولانی‌مدت یا LTP می‌تواند ارتباط بین سلول‌های عصبی را قوی‌تر کند. این فرآیند زمانی اتفاق می‌افتد که آکسون‌ها و دندریت‌ها به طور مکرر به صورت هماهنگ فعال شوند. نتیجه این تغییرات، ردپای فیزیکی حافظه به نام انگرام است که از عناصر اساسی حافظه بلندمدت محسوب می شود.

هنگامی که این اتصالات سلولی به طور مکرر فعال می شوند، قوی تر می شوند. در این میان، خارهای دندریتی که بر روی دندریت ها قرار دارند، نقش مهمی در انتقال پیام های عصبی بین سلول های مغز دارند. از سوی دیگر، کاهش فعالیت می تواند منجر به تضعیف این ارتباطات شود. همان مفهومی که اساساً می گوید هر چیزی که استفاده نشود به تدریج از بین می رود.

بر این اساس، می توان فرض کرد که این ارتباطات عصبی قدرتمند باید عامل اصلی حفظ خاطرات بلند مدت باشند. با این حال، تحقیقات قبلی نشان داده است که تعداد سلول‌ها و انگرام‌ها در بخش‌های خاصی از مغز می‌تواند در طول زمان بدون از دست دادن توانایی فرد در به خاطر آوردن خاطرات تغییر کند. بنابراین، این سوال مطرح می شود که اگر ساختارهای مغزی مرتبط با حافظه تغییر یا ناپدید شوند، خود حافظه چگونه همچنان حفظ می شود؟

خواب زمستانی سرنخی برای تداوم خاطرات فراهم کرد

برای یافتن پاسخ، گروهی از محققان به رهبری دانشمندان موسسه علم و فناوری اوکیناوا به روشی غیرمعمول برای مطالعه حافظه روی آوردند: خواب زمستانی.

در طول خواب زمستانی پستانداران، از جمله موش، فعالیت نورون ها به طور قابل توجهی کاهش می یابد و برخی از خارهای دندریتیک ممکن است به طور کامل ناپدید شوند. محققان می‌خواستند بدانند که آیا موش‌ها قبل از وارد شدن به این حالت مهارت‌هایی را آموخته‌اند، آیا پس از بیدار شدن از خواب همچنان آن مهارت‌ها را به خاطر خواهند داشت.

در سال 2020، محققان راهی برای القای خواب مصنوعی در موش ها پیدا کردند. گروه موسسه علم و فناوری اوکیناوا نیز از همین روش استفاده کرد. آنها ابتدا خاطرات خاصی را در موش ها ایجاد کردند. به عنوان مثال، حیوانات یاد گرفتند که گلوله های قند را در یک پیچ و خم پیدا کنند. سپس موش ها به مدت دو روز در خواب مصنوعی قرار گرفتند.

تیم تحقیقاتی به رهبری یو-جو لین و کازوماسا تاناکا از مغز موش ها قبل، حین و بعد از خواب تصویربرداری کردند. نتایج نشان داد که فعالیت مغز تا 70 درصد کاهش یافته است. همچنین، اندازه خارهای دندریتیک تعیین نمی کند که کدام سیناپس ها برداشته شده اند. با وجود این تغییرات گسترده، موش ها پس از بیدار شدن توانستند به درستی خاطراتی را که قبلاً یاد گرفته بودند به یاد بیاورند.

یو-جو لین، نویسنده اصلی این مطالعه از موسسه علم و فناوری اوکیناوا، گفت:

شگفت انگیز بود. اگر تمام سیناپس‌های مرتبط با انگرام برای حفظ حافظه ضروری بودند، انتظار می‌رفت که حافظه موش‌ها پس از چنین تغییر گسترده‌ای به شدت آسیب ببیند.

برای بررسی دقیق تر این موضوع، محققان گروه دیگری از موش های آموزش دیده را بیهوش کردند و به آنها ماده ای دادند که از تقویت سیناپس ها جلوگیری می کرد. نتیجه این بار متفاوت بود. پس از بیدار شدن، موش ها خاطراتی را که قبلاً یاد گرفته بودند از دست داده بودند.

در مرحله بعد، محققان با استفاده از روشی به نام نور و میکروسکوپ الکترونی همبسته یا CLEM، ساختارهای مغز را با جزئیات بیشتری بررسی کردند. این روش به محققان اجازه می دهد تا پروتئین های مهم را شناسایی کرده و ساختارهای سیناپسی خاص را با بزرگنمایی بالا مطالعه کنند.

نتایج نظرسنجی یک نکته مهم را آشکار کرد. سیناپس‌ها می‌توانند بدون در نظر گرفتن بزرگ یا کوچک بودن خارهای دندریتیک از بین بروند، اما برخی از سیناپس‌ها که در خوشه‌هایی بین سلول‌های انگرام سازمان‌دهی شده‌اند، به طور انتخابی حفظ شدند.

کازوماسا تاناکا، نویسنده ارشد این مطالعه از موسسه علم و فناوری اوکیناوا، گفت:

این یافته نشان می دهد که برای حفظ خاطرات طولانی مدت، تنها برخی از خوشه های سیناپسی مهم هستند و سیناپس های باقی مانده ممکن است نادیده گرفته شوند. جالب توجه است، اندازه ستون فقرات دندریتی، که قبلا نشان داده شده بود در طول شکل گیری حافظه اولیه افزایش می یابد، به نظر نمی رسد نقش مهمی در حفظ حافظه ایفا کند.

این تحقیق نشان می دهد که با وجود از دست دادن تعداد زیادی از سیناپس ها، خاطرات می توانند باقی بمانند. به نظر می رسد که خوشه های خاصی از ارتباطات عصبی یکی از عوامل مهم در پایداری خاطرات بلندمدت باشد.

تاناکا در مصاحبه با Live Science گفت:

گام بعدی این است که این خوشه ها را با دقت بیشتری بررسی کرده و با دستکاری آنها، تغییرات حاصله در حافظه را رصد کنید.

اگر واقعاً خاطرات بخش مهمی از آنچه هویت ما را می‌سازد، هستند، شاید این خوشه‌های سیناپسی مهم‌ترین ساختارهایی باشند که به حفظ این بخش از ما کمک می‌کنند.