Ερευνητές ανακάλυψαν πώς τα αστροκύτταρα του εγκεφάλου διατηρούν τις αναμνήσεις μας

Τα συναρπαστικά νέα ευρήματα σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο οι ομάδες των «αστέρων του εγκεφάλου» διατηρούν τις αναμνήσεις έχουν αλλάξει τα όσα γνωρίζουμε για το πώς αυτές διατηρούνται στο μυαλό μας.

Οι ερευνητές του Baylor College of Medicine ερευνούσαν τα αστεροειδή κύτταρα στον εγκέφαλό μας, γνωστά ως αστροκύτταρα, τα οποία λειτουργούν ως μικροσκοπικά κουτιά αποθήκευσης που κρατούν τις αναμνήσεις μας. Στη συνέχεια, σε αυτό το μοναδικό σύστημα αρχειοθέτησης έχει πρόσβαση ένα συγκεκριμένο σύνολο νευρώνων, γνωστό ως ενγράμματα, τα οποία διαχειρίζονται τα «αστέρια του εγκεφάλου» ρυθμίζοντας και ανακαλώντας αυτές τις αναμνήσεις κατά παραγγελία. Προηγουμένως, θεωρούνταν ότι τα νευρωνικά δίκτυα ήταν αποκλειστικά υπεύθυνα για τη μάθηση και τη μνήμη.

«Η επικρατούσα ιδέα είναι ότι ο σχηματισμός και η ανάκληση των αναμνήσεων αφορά μόνο τα νευρωνικά ενγράμματα που ενεργοποιούνται από ορισμένες εμπειρίες και κρατούν και ανασύρουν μια μνήμη», δήλωσε ο αντίστοιχος συγγραφέας Dr Benjamin Deneen, καθηγητής στο Baylor και κύριος ερευνητής στο Ινστιτούτο Νευρολογικών Ερευνών Jan and Dan Duncan. «Το εργαστήριο μας έχει μακρά ιστορία στη μελέτη των αστροκυττάρων και των αλληλεπιδράσεών τους με τους νευρώνες. Διαπιστώσαμε ότι τα κύτταρα αυτά αλληλεπιδρούν στενά μεταξύ τους, τόσο φυσικά όσο και λειτουργικά, και ότι αυτό είναι απαραίτητο για τη σωστή λειτουργία του εγκεφάλου. Ωστόσο, ο ρόλος των αστροκυττάρων στην αποθήκευση και ανάκτηση των αναμνήσεων δεν έχει διερευνηθεί στο παρελθόν».

Λόγω της απίστευτα πολύπλοκης φύσης του εγκεφάλου, παραμένει το λιγότερο κατανοητό όργανο του ανθρώπινου σώματος. Πίσω στο 2016, ερευνητές του Πανεπιστημίου του Stanford επισήμαναν τις τεράστιες προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι νευροεπιστήμονες, και οκτώ χρόνια μετά, ενώ έχει σημειωθεί κάποια πρόοδος στην κατανόηση διαφόρων μηχανισμών, μονοπατιών και γενετικής επιρροής σε νευρολογικές καταστάσεις και ασθένειες, μεγάλο μέρος αυτών εξακολουθεί να αποτελεί μυστήριο.

Είναι επίσης πολύ δύσκολο να μελετηθούν. Σε αυτή την τελευταία εργασία, η ομάδα του Baylor χρησιμοποίησε ένα μοντέλο ποντικού για να διερευνήσει τον ρόλο που διαδραματίζουν τα αστροκύτταρα στη μνήμη. Στο πείραμα, τα ποντίκια προετοιμάστηκαν να είναι φοβισμένα και στη συνέχεια τέθηκαν σε μια κατάσταση που τα έκανε να παγώσουν από φόβο. Όταν η έκθεση επαναλήφθηκε στο ίδιο πλαίσιο, τα ποντίκια πάγωσαν και πάλι. Όταν όμως βρέθηκαν σε ένα εντελώς διαφορετικό περιβάλλον, δεν είχαν την ίδια αντίδραση φόβου.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αυτή η προετοιμασία για την εμφάνιση φόβου, που αποτελεί διαδικασία μάθησης, ενεργοποίησε ένα υποσύνολο αστροκυττάρων που εκφράζουν το γονίδιο c-Fos, το οποίο παίζει βασικό ρόλο στα κυκλώματα σε αυτή την περιοχή του εγκεφάλου.

«Τα αστροκύτταρα που εκφράζουν το c-Fos βρίσκονται σε φυσική εγγύτητα με τους νευρώνες του ενγράμματος», δήλωσε ο Michael R Williamson, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο Deneen. «Επιπλέον, διαπιστώσαμε ότι οι νευρώνες και το φυσικώς συνδεδεμένο σύνολο αστροκυττάρων συνδέονται επίσης λειτουργικά. Η ενεργοποίηση του αστροκυτταρικού συνόλου διεγείρει ειδικά τη συναπτική δραστηριότητα ή την επικοινωνία στον αντίστοιχο νευρώνα engram. Αυτή η επικοινωνία αστροκυττάρου-νευρώνα ρέει και προς τις δύο κατευθύνσεις- τα αστροκύτταρα και οι νευρώνες εξαρτώνται ο ένας από τον άλλον».

Ουσιαστικά, μόνο όταν τα ποντίκια βρίσκονταν σε ένα περιβάλλον που τα συνέδεαν με το φόβο, ενεργοποιούνταν τα αστροκύτταρα που εξέφραζαν τον c-Foss - και τα ποντίκια, κατά συνέπεια, αντιδρούσαν με την ίδια συμπεριφορά παγώματος.

«Ωστόσο, όταν ενεργοποιήθηκε το σύνολο των αστροκυττάρων σε αυτά τα ποντίκια στο μη φοβικό περιβάλλον, τα ζώα πάγωσαν, γεγονός που δείχνει ότι η ενεργοποίηση των αστροκυττάρων διεγείρει την ανάκληση της μνήμης», δήλωσε ο Wookbong Kwon, άλλος μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο Deneen.

Προηγουμένως, οι ερευνητές είχαν διαπιστώσει ότι το γονίδιο Πυρηνικός παράγοντας Ι-Α (NFIA) ήταν σημαντικό για την αστροκυτταρική ρύθμιση των κυκλωμάτων μνήμης, αλλά ήταν άγνωστο αν έπαιζε ρόλο στην αποθήκευση και ανάκτηση αναμνήσεων από αυτά τα αστέρια του εγκεφάλου. Έτσι, υπό το πρίσμα των αποτελεσμάτων της μελέτης σε ποντίκια, η ομάδα επέστρεψε σε αυτόν τον τομέα έρευνας. Διαπίστωσαν ότι τα ενεργοποιημένα αστροκύτταρα είχαν αυξημένα επίπεδα πρωτεΐνης NFIA και όταν αυτή καταστέλλεται, οι νευρώνες αποτυγχάνουν να ανακτήσουν μνήμες από την αποθήκη. Και μπλόκαρε μόνο τη μνήμη ειδικά για το γεγονός που είχαν βιώσει προηγουμένως τα ποντίκια.

«Όταν διαγράψαμε το γονίδιο NFIA στα αστροκύτταρα που ήταν ενεργά κατά τη διάρκεια ενός μαθησιακού γεγονότος, τα ζώα δεν ήταν σε θέση να ανακαλέσουν τη συγκεκριμένη μνήμη που σχετιζόταν με το μαθησιακό γεγονός, αλλά μπορούσαν να ανακαλέσουν άλλες μνήμες», δήλωσε ο Kwon.

«Τα ευρήματα αυτά αφορούν τη φύση του ρόλου των αστροκυττάρων στη μνήμη», πρόσθεσε ο Deneen. «Τα σύνολα των αστροκυττάρων που σχετίζονται με τη μάθηση είναι ειδικά για το συγκεκριμένο μαθησιακό γεγονός. Τα σύνολα αστροκυττάρων που ρυθμίζουν την ανάκληση της φοβικής εμπειρίας είναι διαφορετικά από εκείνα που εμπλέκονται στην ανάκληση μιας διαφορετικής μαθησιακής εμπειρίας, και το σύνολο των νευρώνων είναι επίσης διαφορετικό».

Φυσικά, οι επιπτώσεις αυτής της ανακάλυψης παρέχουν ενδιαφέρουσες διεξόδους έρευνας για καταστάσεις στις οποίες η ανάκληση της μνήμης διακυβεύεται, όπως στη νόσο του Alzheimer, ή όταν συγκεκριμένες αναμνήσεις είναι επιβλαβείς, όπως στη διαταραχή μετατραυματικού στρες (PTSD).

[via]