Cywilizacja

Naukowcy przeszczepili pamięć

Ślimak pozwala nam odkryć tajniki pamięci, uzależnień i zachowań kompulsywnych. Dziś on dostał zastrzyk z molekuł pamięci, ale jutro… Czy będziemy mogli pozbyć się traumatycznych wspomnień rujnujących życie? Albo przywrócimy pamięć tym, którzy ją tracą, jak w chorobie Alzheimera?

Pamięć, którą kojarzymy najczęściej ze wspomnieniami, wydaje nam się ulotna i z mgły uwita, niczym sny. Uważamy ją też na ogół za fenomen ludzki, który można zaobserwować ewentualnie u dużych zwierząt. Przysłowiowa jest pamięć słonia, dlatego wierszyk o Słoniu Trąbalskim tak nas śmieszy. Pamięci domniemamy też u psa. Wszak zawsze trafi on do domu. I pewnie u kota, bo zawsze rozpozna właściciela. Jednak częściej nazwiemy te zachowania instynktownymi i przypiszemy je zwierzęcym wyostrzonym zmysłom, nie zaś pamięci takiej, jaką mamy my. Tej, która pozwala nam raz na zawsze zapamiętać tabliczkę mnożenia.

Nic bardziej błędnego. Pamięć występuje powszechnie – u wszelkich stworzeń zdolnych się uczyć, czyli konsekwentnie – dających się tresować. Gdyby wyobrazić sobie królestwo zwierząt i jego ewolucję jako piramidę, na szczycie której stoi człowiek, to pamięć dałaby się obserwować w górę od poziomu, na którym znajduje się dżdżownica.

Pamięć ma swoje fizyczne siedlisko, którego uszkodzenie powoduje jej zanik lub osłabienie. Mowa tu o mózgu, a nawet o wybranych jego obszarach, takich jak hipokamp. To nieduża, parzysta struktura w płacie skroniowym kory mózgowej. Zajmuje się konsolidacją informacji, jej niejako przenoszeniem z pamięci krótkotrwałej do długotrwałej. Mowa tu także o połączeniach nerwowych, czyli synapsach, których każda komórka nerwowa może mieć tysiące z innymi komórkami nerwowymi.

Pamięć ma modele zwierzęce, w których się ją bada. Jednym z nich jest sporych rozmiarów ślimak, zwany zającem morskim, po łacinie Aplysia californica. Roślinożerny, żyje na dnie Pacyfiku u wybrzeży Kalifornii, łatwy w hodowli.

Neurobiolodzy cenią go bardzo z kilku przyczyn. Po pierwsze, ma on tylko około 20 tysięcy komórek nerwowych (ssaki mają ich miliony). Ponadto zakończenie ślimaczej stopy jest kontrolowane przez DWA neurony. Wszelkie zaś neurony zająca morskiego są w porównaniu ze ssaczymi olbrzymie i łatwo nimi manipulować. Po trzecie, w podstawowym odruchu ślimaka – wycofywaniu skrzeli zewnętrznych i syfonu (do którego jeszcze wrócę) – pośredniczą niezwykle szybkie połączenia między komórkami nerwowymi, tzw. synapsy elektryczne. Zestresowany zaś ślimak wyrzuca ciecz atramentową, czyli robi coś widocznego na pierwszy rzut oka. Na marginesie – samo istnienie tego odruchu obronnego zadziwia, bo Aplysia jest w konsumpcji toksyczna, więc niewiele większych zwierząt rzuca się na nią, by ją pożreć. Być może ślimak ten informuje tylko potencjalnych drapieżników, że z tego mięsa obiadu nie będzie.

Wskrzesili odcięty od ciała mózg. Mózg Alfiego nie miał na to szansy

Naukowcy balansują na ostrej krawędzi tego, co jeszcze etyczne.

zobacz więcej
Nic dziwnego zatem, że już w 2000 roku zając morski – jako model do badań pamięci – zagwarantował Nagrodę Nobla z Fizjologii i Medycyny profesorowi Ericowi Richardowi Kandelowi z Uniwersytetu Columbia. Prof. Kandel, który zaczynał jako psychoanalityk, chciał pojąć, skąd bierze się pamięć. Zwłaszcza ta pojawiająca się po traumie i długotrwała.

Przyjął dwa założenia: że to będzie musiało działać u „zaawansowanych” organizmów tak samo, jak u „prymitywnych” ewolucyjnie oraz – konsekwentnie – że będzie to coś biochemiczno-fizjologicznego w neuronach. Neurony bowiem, niezależnie od tego, jak bardzo skomplikowany i odmiennie wyglądający „mózg” tworzą one w głowie konkretnego zwierzęcia, są jako komórki bardzo do siebie podobne. Te ślimacze do tych ludzkich.

Co prof. Kandel zaobserwował w ślimaku, że aż dostał za to Nobla? Badał przechowywanie pamięci w komórkach nerwowych. Odkrył, że ślimak w trakcie uczenia się zmienia strukturę połączeń pomiędzy neuronami, czyli synaps. A zatem: synapsy są klockami, z których budowana jest nasza pamięć.

Udało mu się także wykazać, że w tejże synapsie inne sygnały chemiczne odpowiadają za powstawanie pamięci krótkotrwałej, a inne – długotrwałej. Tak jest dokładnie u wszystkich zwierząt zdolnych cokolwiek zapamiętać, a więc także u człowieka.

Ludzie-chimery na części, czyli dr Frankenstein wiecznie żywy

Jeden procent ludzkich komórek w świni to już człowiek, czy jeszcze świnia? A dwa procent? A pięćdziesiąt?

zobacz więcej
U Aplysii uczenie się zachodzi w synapsie pomiędzy neuronami czuciowymi (biegnącymi od receptorów dotyku) a neuronamim ruchowymi (poruszającymi skrzelami i syfonem). Za każdym razem, gdy drażnimy ślimaczą stopę, w synapsie uwalnia się więcej małej cząsteczki chemicznej, zwanej neurotransmiterem. Im jej więcej, tym bardziej pobudzone są komórki unerwiające skrzela i syfon, dlatego tym gwałtowniej, głębiej i na dłużej się on obkurcza. Pamięć krótkotrwała jest takową, bo dochodzi tylko do przejściowej modyfikacji chemicznej cząsteczek w synapsie. Pamięć długotrwała powstaje, gdyż informacja o powtarzającej się stymulacji dociera do DNA neuronu i aktywuje jego geny. To powoduje ostatecznie rozrost synapsy i długofalową zmianę jej funkcjonowania.

„Ślimak, ślimak pokaż rogi, dam ci sera na pierogi!”
Ten wierszyk, którego uczymy się w przedszkolu, powinien stać się mottem neurobiologów pracujących na Aplysii. Uczenie ślimaka polega na tzw. warunkowaniu instrumentalnym. Mamy zatem marchewkę i chcemy, by osioł za nią szedł. W przypadku ślimaka stymulacją jest jego ulubiona glonowa zielonka, a akcją – ruchy, jakie wykonuje przy jedzeniu.

Jednak częściej stosuje się wyśmienicie widoczny i łatwo kontrolowalny odruch wycofywania syfonu i skrzeli (to jest ślimak morski, wiec oddycha skrzelami). Kontrolować go można przez zwykłe podrażnienie mechaniczne patyczkiem czy igłą, a efekt widać doskonale na poniższym filmie, gdzie demonstruje go sam Noblista!



By nauczyć czegoś ślimaka i by to sobie dobrze zapamiętał, wystarczy najpierw boleśnie podrażnić zakończenie ślimaczej nogi. Takie uprzednie „przestraszenie” ślimaka spowoduje, że sam odruch – wycofanie syfonu i skrzeli – będzie następnie znacznie silniejszy.

Po jednokrotnym podrażnieniu stopy odruch będzie silniejszy zaledwie przez moment. Na tym polega sensytyzacja na bodziec – czyli uczulanie ślimaka. My mamy tak samo. Warunkowanie odbywa się dzięki powtarzaniu sensytyzacji. Im więcej „szoków w stopę”, tym silniejsza i bardziej długotrwała odpowiedź odruchowa. A zatem da się w zającu morskim badać pamięć krótkotrwałą i długotrwałą.

Ślimaka też dzięki takiemu warunkowaniu można wyuczyć działać kompulsywnie! No nie będzie wprawdzie siedział przed telewizorem i objadał się chipsami, zapychając zagnieżdżony w żołądku korporacyjny stres, ale i tak pozwala prowadzić wcale zaawansowane badania nad owym zjawiskiem, właściwym różnym pracownikom niższego i średniego szczebla drabiny awansu.

Niezbędne wstępnie materiały to: ślimak, miska z wodą morską, bagietka i igły preparacyjne oraz stoper. Dzięki badaniom na Aplysii, prowadzonym na tak mizernym i niedrogim instrumentarium, odkryto także powiązania pomiędzy plastycznością synaptyczną, nagradzaniem zachowań pożądanych a uzależnieniami U LUDZI.

Plastyczność synaptyczna to koncepcja w zasadzie dość banalna (bo zgodna ze zdrowym rozsądkiem). Mianowicie, że organy używane ulegają wzmocnieniu, a nieużywane zanikowi. Wprawdzie w ewolucji to tak nie działa, więc szyja żyrafy nie wydłużyła się od wyciągania jej po liście z baobabów. Ale w neurobiologii – owszem. Synapsy używane ulegają wzmocnieniu, czyli w praktyce: zmianie budowy, zwielokrotnieniu, zmianie składu receptorów – a zatem poziomu i rodzaju wrażliwości na bodźce. Synapsy zaś nieużywane (czyli miejsca, gdzie dwa połączone ze sobą neurony nie przewodzą impulsów nerwowych), ulegają osłabieniu. Ponieważ to się daje obserwować (dziś istnieje optogenetyka, o której pisałam tu: Odporność na randki) i sprawiać, by jakaś synapsa była aktywna lub nie, możemy w zasadzie oglądać proces uczenia się i zapamiętywania in statu nascendi.

Załóżmy, że stymulacja działa na zająca morskiego fatalnie (nikt nie lubi być dźgany w wyrostki ciała). Mimo to, neurony zależne od dopaminy (przekaźnik nerwowy, dobry znajomy wszystkich uzależnionych, tak od czekolady, jak i od heroiny) i tak przystosują się do bolesnej stymulacji i „zaiskrzą” na synapsach szybciej, niż bez uprzedniego warunkowania. Tak się rodzi w naszym mózgu alkoholizm i narkomania, czy nam się chce w to wierzyć, czy nie. To w tym poznanym u ślimaka mechanizmie nasz mózg, jakże bardziej rozbudowany od ślimaczego, uczy się podporządkowywać wszystkie aktywności tym, które gwarantują „dostawę towaru”.

Ślimak dostał pamięciową „szprycę”

Odporność na randki. Dlaczego Francuzi lubią całować się w policzki, a Japończycy niechętnie podają rękę?

Jeśli wciąż wierzysz, że to Ty decydujesz, z kim i kiedy się umawiasz, zapomnij o tym.

zobacz więcej
Wiemy już, jak wytrenować ślimaka i jak obserwować oraz mierzyć skuteczność tresury. Eksperyment, który wykonamy teraz w wyobraźni, poraża swą prostotą. Jego autorzy pod kierunkiem Davida Glanzmana z University of California In Los Angeles (UCLA), za pomocą drażnienia mikro-szokiem elektrycznym (zawsze to nowocześniej brzmi, niż kłucie igłą) ślimaczej stopy wytrenowali ślimaka. Potem poświęcili go na ołtarzu nauki i wyoperowawszy wspomniane gigantyczne neurony, wyizolowali z nich RNA. Czyli jednoniciowego kuzyna DNA. RNA jest kodowany w DNA i przenosi zawartą w nim informację dalej, np. będąc matrycą dla syntezy białek. Zdolny jest też regulować działanie DNA.

Potem ten RNA wstrzyknęli ślimakowi, który elektroszoków jako żywo nigdy wcześniej nie otrzymał. A mimo to, tylko pod wpływem zastrzyku z RNA, zachowywał się w teście na wciąganie syfonu i skrzeli dokładnie tak, jak ślimak trenowany. Co więcej, pod wpływem tego RNA dodanego do pożywki, nawet wyizolowane i wrzucone do owej pożywki neurony czuciowe ślimaka (naiwnego jak nowo narodzone dziecię) miały na synapsach aktywność elektryczną, jakby je wyjęto ze starego laboratoryjnego wiarusa, co to już nie raz dostał elektrycznego kopa w stopę. Oczywiście RNA wyizolowane z komórek nerwowych ślimaka, który nie był uprzednio trenowany, nie miało żadnego wpływu tak na całe ślimaki, którym je wstrzyknięto, jak i ich neurony na szalkach laboratoryjnych. „RNA pamięci” było zaś wystarczające, by doszło do podekscytowania tak ślimaka, jak i jego neuronów.

To rozum, tylko sztuczny. Bardziej inteligentny, czy tylko udający ludzki? Bać się go, zniewalać, może traktować jak człowieka?

W jednym zadaniu potrafi być mistrzem. Ale daleko mu do ogólnej inteligencji dwuletniego dziecka.

zobacz więcej
To by jednak – przynajmniej pośrednio – oznaczało, że pamięć nie mieszka (tylko) w synapsach. Choć gdy pamięć powstaje (czyli podczas treningu), obserwowane jest wzmocnienie niektórych synaps – tych aktywnych. Oraz powstawanie nowych. RNA jednak nie jest przekazywany synaptycznie. Choć jest w synapsie obecny i wykazano jego rolę w procesie uczenia się – jest lokalnie w synapsie przepisywany na białka związane z powstawaniem pamięci. Co najważniejsze, nowe wyniki dają zupełnie nowy impuls i pomysły do badań aplikacyjnych. O nowej drodze poszukiwania cząsteczek pamięci dających się zaaplikować ludziom, którzy pamięć tracą, jak w chorobie Alzheimera, lub chcą się pozbyć traumatycznych wspomnień rujnujących im życie jest przekonany pomysłodawca opisanych tu badań, prof. Glanzman.

Instynkt – pamięć zamknięta w DNA

My też możemy się urodzić ze wspomnieniami naszych przodków zapisanymi w DNA. Być może tu kryje się tajemnica tego, dlaczego niektórzy ludzie umieją rzeczy, których się nigdy nie uczyli. Tu byłoby źródło tzw. wrodzonego geniuszu.

Być może nasze najbardziej podstawowe instynkty samozachowawcze mają swe źródło w wielkiej traumie, którą nasi przodkowie przeżyli dawno temu. Instynkty dziedziczymy genetycznie i w sposób szczególny mają one swój udział w formowaniu naszego umysłu. Trauma może dotyczyć całego pokolenia, czy kilku pokoleń – jak ma miejsce w czasach opresji politycznej, kryzysu, długotrwałej wojny. Istnieją świadectwa „snów” wspomnieniowych o Shoah u dzieci, które z pewnością nic takiego nie przeżyły, przeżyli to ich rodzice czy dziadkowie. Tu – w dziedziczeniu wspomnień o doświadczeniach traumatycznych – mogą mieć swoje źródło niektóre fobie.
odc. 46, Ocalić od zapomnienia
Wspomnienia tego typu mogą odcisnąć piętno na organizacji naszego materiału genetycznego. Od tego zaś, jak zorganizowany jest ów materiał, zależy, jak będzie się wyrażała informacja zapisana w naszych genach. Czasem nie trzeba zmieniać sekwencji DNA (np. poprzez mutacje), a wystarczy zmienić strukturę, w jakiej zmagazynowany jest DNA, aby poważnie zmienić działanie komórki, w której ten DNA jest zawarty. Podwójna helisa podwójną helisą, ale DNA w komórce nie znajduje się takie porozplatane, jak na okładkach książek do biologii. Helisa zaplata się w mniejsze i większe węzły, wielokrotne spirale, pętelki etc. Dzięki temu kondensuje na tyle, by w ogóle zmieścić się w jądrze komórkowym. To jest nitka o długości 2 metrów (ale szerokości zaledwie 2 angstremów) upakowana w jądrze komórkowym o wielkości 2 mikrometrów.

Ten sposób zorganizowania DNA, nadanie mu stosownej struktury przestrzennej, może być dziedziczone poprzez kolejne pokolenia. Jeśli do żadnych traumatycznych zdarzeń nie doszło, to nic w ten sposób nie zostanie zapisane jako „wspomnienie” w DNA. Wiadomo jednak, że w naszym DNA zapisują się również pozytywne sytuacje. DNA dziecka pamięta, czy jako niemowlę było ono przytulane, głaskane, hołubione. Dlatego rodzice, pamiętajcie, by przytulać dzieci!

Oto nowo odkryty, choć największy ludzki organ. Chroni inne narządy i… rozsiewa raka?

Rureczki niczym kanały wypełniają nasze ciało. Są dosłownie wszędzie. Dlaczego nikt ich dotąd nie widział?

zobacz więcej
U gryzoni zdołano wykazać także, że istnieje dziedziczenie „wiedzy”, czyli jeśli tata mysz i mama mysz nauczyli się, jak przejść trudny labirynt, to ich potomstwo nie zaczyna walki z tym wyzwaniem od zera. Choćby nie miało szansy zostać o tym poinstruowane przez rodziców już po urodzeniu. Nauka badająca zjawiska dziedziczenia, gdy zapis w DNA się nie zmienia, a jednak ulega zmianie jego wykorzystywanie, nosi nazwę epigenetyki. Czyli czegoś na szczycie genetyki.

W komórkach nerwowych zająca morskiego odpowiedzialnych z pamięć długotrwałą już w 2004 roku zostało odkryte zjawisko, które może mieć tu wiele do rzeczy. Otóż we wszelkich komórkach posiadających jądro komórkowe (czyli w całej ziemskiej egzystencji poza bakteriami) istnieje enzym, zwany w skrócie PARP-1. Budzi się on do życia i działania w odpowiedzi na sytuację, w której DNA ulega uszkodzeniu. Dzięki badaniom profesora Malki Cohen-Aromona z Uniwersytetu w Tel Awiwie okazało się jednak, że tenże sam PARP-1 ulega aktywacji w neuronach odpowiedzialnych za pamięć długotrwałą podczas uczenia się.

Nie oznacza to, że proces uczenia uszkadza DNA, choć wielu uważa, że nic im tak nie zaszkodziło w życiu jak edukacja. Oznacza to natomiast, że tak w procesie uczenia się, jak i uzależniania (sic!), dochodzi do przejściowego rozplecenia się nici DNA, choć ów nie pęka, czyli nie ulega uszkodzeniu. A zatem pojawia się przejściowa zmiana struktury DNA. Praca wykonywana w tym momencie przez PARP-1 pozwala na przepisanie tych specjalnych rozplecionych fragmentów DNA i uzyskanie produktów gwarantujących powstanie pamięci długotrwałej (dokładnie rzecz ująwszy, stosownego RNA i białek). Czy zdziwi nas, że później odkryto, iż podobnie rzecz się ma u ssaków – czyli nas?

Dziwić może, że w najnowszych badaniach to właśnie RNA, a nie np. białka, jest cząsteczką przenoszącą pamięć ze ślimaka na ślimaka. Choć wiadomo od dawna, że RNA tzw. niekodujący, na ogół bardzo krótki, potrafi zmieniać efektywność działania genów, nie wpływając na ich sekwencję. Najczęściej dzięki wiązaniu się do białek, które mają za zadanie gwarantować strukturę DNA. Lub do takich, które są odpowiedzialne za modyfikowanie DNA tak, by geny, które znajdują się w zmodyfikowanych okolicach, nie działały.

Wszystko już było sfilmowane, dlatego kino jest najważniejszą ze sztuk. W filmie „Mroczne miasto” dr Schriber strzykawką wszczepia fałszywe wspomnienia w głowy ludzi, a później widzimy, jak miesza płyny, które składają się na te wspomnienia. Teoria zaś, że pamięć jest przenoszona przez RNA, przewinęła się w jednym z nowszych sezonów serialu BBC o „Doktorze Who”.

W „Harrym Potterze” jest myślodsiewnia, czyli magiczne narzędzie służące do przechowywania oraz przeglądania wspomnień. W serialu animowanym „Rick i Morty” można ludzką pamięć niemal dowolnie zapisywać elektronicznie, przesyłać przez sieć i wgrywać innym osobom. W komiksie i filmie „Ghost in the Shell” duża część populacji ma cybernetycznie polepszone mózgi, co pozwala im czytać i tworzyć pliki, w tym oprogramowanie do używania broni, dokumenty tekstowe, zdjęcia, filmy wideo, emocje, wspomnienia i wirusy komputerowe. W filmie „Zakochany bez pamięci” (oryg. Eternal Sunshine Of The Spotless Mind) mozna zażądać usunięcia z pamięci dowolnej jej części. A to tylko przykłady.

Może się zatem okazać, jak w słynnym opowiadaniu Philipa K. Dicka „Przypomnimy to panu hurtowo” (na jego podstawie powstał film „Pamięć absolutna” z Arnoldem Schwarzeneggerem i Sharon Stone w 1990 roku oraz remake z Colinem Farrellem, Kate Beckinsale i Jessicą Biel w 2012), że każde wspomnienie, które próbujemy sobie wszczepić (lub jest nam wszczepiane) i tak już jest w nas zakorzenione. Wszystko już było i wszystko przeżyliśmy naprawdę lub w kinie czy telewizji. Tylko tego nie pamiętamy.

Nie bardzo wierzę, by zastrzyk z RNA był w stanie diametralnie zmienić ten stan błogiej niepamięci. A szkoda. Bo tracąc pamięć, jak postrzegają to psychologowie, tracimy zdolność rozeznania się w teraźniejszości i radzenia sobie z nią. Gubimy również realną, opartą na wspomnieniach „lepszych czasów”, nadzieję na przyszłość.



– Magdalena Kawalec-Segond,
biolog molekularny i mikrobiolog, współautorka „Słownika bakterii” (Adamantan, Łódź 2008)
Zdjęcie główne: Może się okazać, jak w słynnym opowiadaniu Philipa K. Dicka „Przypomnimy to panu hurtowo” (na jego podstawie powstał film „Pamięć absolutna”), że każde wszczepiane nam wspomnienie i tak już jest w nas zakorzenione. Na zdjęciu: Colin Farrell, kadr z filmu „Pamięć absolutna” z 2012 roku. Fot. Sony pictures, materiały prasowe
Zobacz więcej
Cywilizacja Najnowsze wydanie
Gorączka testosteronu. Koniec zasady fair play w sporcie?
MKOl. ogłosił, że rezygnuje z tego męskiego hormonu jako wyznacznika płci dla kobiet trans i z zaburzeniami rozwoju płciowego.
Cywilizacja Najnowsze wydanie
Dwujęzyczność. Jak się jej uczymy i co z tego wynika?
Są w Europie kraje przyjazne wielojęzyczności, np. skandynawskie. Są też utrudniające, jak Francja.
Cywilizacja Najnowsze wydanie
Morderca znad Green River. Mężczyzna, który nienawidził kobiet
Zabił 50, najmłodsza miała 14 lat. Jego syn spał w aucie, gdy on uprawiał seks ze zwłokami kilkaset metrów dalej.
Cywilizacja Najnowsze wydanie
Niepoprawne z założenia i z przekonania
CNews i Zemmour do tego stopnia funkcjonują w symbiozie, że trudno orzec, kto komu więcej zawdzięcza.
Cywilizacja Poprzednie wydanie
Imigranci kolonizują Europę. Dzielnice z szariatem, ulice, na...
Trzeci świat został wpuszczony na nasz kontynent dzięki nowej religii praw człowieka.