20.12.2019-22:00:00   |   Radoslav Janoštiak
#Živá príroda
Príspevok je pokračovaním článku Ako funguje pamäť a učenie I.: Čo je vlastne pamäť?


Slimák, ktorý poodhalil tajomstvá pamäte

Jedným z najjednoduchších pamäťových systémov je tzv. habituácia - zvykanie si na podnet. Habituácia je typ implicitnej pamäte, pri ktorom sa znižuje miera odpovede na opakujúci sa signál. U spomínaného morského slimáka sa tento proces skúmal na retrakcii žiabier. Ľahký dotyk žiabier tohto slimáka spôsobil retrakciu, avšak ak sa vedci dotýkali týchto žiabier opakovane, odpoveď sa znižovala až sa napokon žiadna nedostavila.

Zistilo sa, že za to môže zníženie vylučovania množstva nervových prenášačov senzorickými bunkami (v tomto prípade glutamátu), čo viedlo k znižovaniu sily akčného potenciálu v prepojených neurónoch, a teda spôsobilo znižovanie až vymiznutie odpovede na daný signál.



Zložitejším typom implicitnej pamäte je klasické podmieňovanie. Aj tento proces bol skúmany u slimáka Aphysia na príklade asociácie neškodného dotyku žiabier a slabého elektrického šoku do chvosta. Informácie z týchto dvoch podnetov sa spájali v určitých neurónoch a dochádzalo k podmieňovaniu.


-



Ako to funguje?

Celé to funguje nasledovne. Signál prichádzajúci z receptorov na žiabrach dorazí na danú integračnú synapsiu, kde spôsobí otvorenie vápnikových kanálov a výrazné zvýšenie koncentrácie vápnikových iónov vo vnútri nervového zakončenia.

Ako sme si uviedli, vápnikové ióny spôsobujú výlev vačkov s neuroprenášačmi a vyvolajú akčný potenciál v prepojenom neuróne. Okrem toho ale aktivujú aj signálnu dráhu vedúcu k aktivácii enzýmu PKA (protein kináza A). Tento enzým následne zvyšuje výlev vačkov.

Čo sa stane, keď na to isté nervové zakončenie dorazí signál z chvosta po elektrickom šoku? V tomto prípade sa z neurónov prenášajúcich signál z chvosta vyleje serotonín, ktorý aktivuje príslušné receptory a tie následne aktivujú signálne dráhy stimulujúce aktivitu jednak spomínanej PKA ale aj PKC (protein kináza C), ktore obe stimulujú výlev neurotransmiterov do synaptickej štrbiny. Nakoniec sú tieto dva signály integrované a vyvolajú oveľa silnejšiu odpoveď.

Tieto zmeny na úrovni vylučovania neurtransmiterov sú základom krátkodobej implicitnej pamäte. Ak však toto klasické podmieňovanie trvá dlhšiu dobu, môže dôjsť k dlhodobému uloženiu informácie.

Aj dlhodobá pamäť je závislá od enzýmu PKA. Pri dlhšej stimulácii je PKA transportovaná do jadra bunky, kde ovplyvňuje expresiu rôznych génov. Produkt jedného z nich spätno-väzbovo pôsobí na PKA a stimuluje jej aktivitu. Druhý génový produkt amplifikuje signál tak, že stimuluje rast a tvorbu nových nervových zakončení, ktoré posilňujú komunikáciu medzi zainteresovanými neurónmi.



Aj keď tieto molekulárne mechanizmy boli objasnené pri štúdiu jednoduchých mäkkýšov, rovnaké signálne kaskády zabezpečujú klasické podmieňovanie aj u vyšších skupín organizmov. Bolo dokázané, že blokovanie funkcie PKA u drozofíl alebo myší spôsobí znefunkčnenie procesov učenia spojených s klasickým podmieňovaním.

Dlhodobé spomienky

Nakoniec tu máme explicitnú pamäť, inak nazývanú aj deklaratívna. Je to vedomé rozpamätávanie sa na situácie a fakty, vďaka ktorým si uvedomujeme, že naše “ja” má nejakú minulosť. Ako sme si už spomenuli, v rámci explicitnej pamäte môžeme rozlíšiť krátkodobú a dlhodobú pamäť. Ako už názov napovedá, krátkodobá alebo aj pracovná pamäť umožňuje ukladanie informácií na obmedzený čas v rozsahu minút až desiatok minút. Mechanizmus fungovania je založený na tom, že určité nervové bunky alebo skupiny buniek po stimulácii dokážu vysielať akčné potenciály dočasne aj po odznení signálu. Aktivita týchto nervových buniek je závislá od aktivácie dopamínových receptorov.

Na druhej strane, ukladanie dlhodobých spomienok je o niečo zložitejšie a je založené najmä na dlhodobej zmene sily synaptických spojení medzi jednotlivými nervovými bunkami.

Ako sme si spomínali, kritickú rolu pri vytváraní spomienok hrá hippocampus, ktorý spracováva podnety zo zmyslových receptorov. Spracovanie informácií sa deje pomocou komunikácie medzi jednotlivými neurónovými sieťami v hippocampuse, avšak pre účely tohto článku nie je potrebné tieto dráhy rozpisovať do detailov.


-



Základný mechanizmus, pomocou ktorého sa spomienky ukladajú, sa nazýva dlhodobá potenciácia (long term potentiation - LTP). Je to situácia, ktorá je charakterizovaná dlhotrvajúcim nárastom sily postsynaptických akčných potenciálov v komunikujúcich neurónoch, vyvolaná krátkym vysokofrekvenčným signálom, ktorý zachytia neuróny v hippocampuse. Tento proces má za následok posilňovanie kontaktov medzi neurónmi, ktoré prenášajú danú informáciu, a tým pádom vytvorenie pamäťovej stopy.

V tomto procese opäť hrajú dôležitú úlohu iónové kanály - tzv. NMDA receptor-kanály a AMPA receptor-kanály na postsynaptickom neuróne. Oba typy receptorov sú aktivované glutamátom. Kanál NMDA prenáša sodíkové a vápnikové ióny a je len čiastočne aktivovaný glutamátom, takže nedokáže vyvolať depolarizáciu. Avšak aktivácia pridruženého AMPA receptoru pomocou glutamátu vedie k prenosu sodíkových iónov a silnejšej depolarizácii a tým pádom plne aktivuje NMDA kanál, čo vedie k výraznému prenikaniu sodíkových a vápnikových iónov do postsynaptického neurónu.



Sodíkové ióny vyvolajú silný akčný potenciál a vápnikové ióny aktivujú signálne dráhy vedúce k zabudovaniu ďalších AMPA kanálov do membrány a tým pádom zvyšujú kapacitu pre prenos sodíkových iónov a tým pádom aj vznik ďalších akčných potenciálov. Toto je popísané ako skorá fáza LTP.

Ak stimulácia týchto neurónov trvá dlhšie, nastupuje tzv. pozdná fáza LTP. V tejto fáze vápnikové ióny transportované NMDA receptor-kanálmi nepriamo vyvolajú aktiváciu našej starej známej kinázy PKA, čo vedie k zmene expresie rôznych génov. Produkty týchto génov následne stimulujú rast nových synapsií a ďalšie posilňovanie kontaktov medzi komunikujúcimi neurónmi a tým pádom vznik spomienok.

Prečo majú niektorí z nás lepšiu pamäť?

Dúfam, že som vás v tomto článku presvedčil, že učenie sa a tvorba spomienok je extrémne dôležitá, ale tiež zaujímavá funkcia mozgu a nervovej sústavy. To, čo sme prežili, a teda to, čo sa uložilo v rámci spomienok - či už sú to pozitívne alebo negatívne spomienky - má zásadnú úlohu vo vytváraní našej osobnosti.



A ako vyplýva z vyššie uvedených informácií, spomienky sú tvorené na základe biologických mechanizmov. Sú to informácie uložené v "reči" neurónov dvoma spôsobmi. Prvým je posilňovanie prenosu signálu medzi špecifickými neurónmi založené na zvyšovaní prenosu sodíkových a vápnikových iónov do nervových zakončení. Druhým je zmena expresie génov, ktorá vyvolá tvorbu nových kontaktov medzi komunikujúcimi neurónmi a tým pádom následné zosilovanie akčných potenciálov (sily nervových impulzov) a interakcie medzi danými neurónmi. Takáto tvorba a remodelácia nervových spojení je konštantná a je ovplyvňovaná jednak génmi a jednak prostredím.


-



Táto plasticita spojení je ovplyvňovaná jednak génmi a jednak prostredím. Môžeme predpokladať, že rozdiely v tom, ako ľahko a čo konkrétne si ľudia zapamätajú, závisia od toho, ako efektívne im funguje prenos informácií medzi jednotlivými neurónmi alebo ako efektívne sa im tvoria nové synapsie. Toto môže byť ovplyvnené jednak rôznymi variantmi génov alebo naopak chemickými látkami, čo otvára dvere pre vývoj farmakologicky aktívnych látok na cielené zlepšovanie pamäte alebo vymazanie spomienok ako poznáme zo sci-fi.

Navyše, ak veda začína charakterizovať biologické procesy vedúce k tvorbe spomienok, je veľmi pravdepodobné, že raz budeme schopní implantovať spomienky do ľudského mozgu tak, ako sa to v primitívnej forme podarilo na myšiach.

-

Tento článok sme Vám mohli priniesť vďaka podpore na Patreone. Aj symbolický príspevok nám pomôže zverejňovať viac kvalitných článkov.


-

Referencie:
Časť 1
1. Principles of Neural Science, 5th Edition, Sarah Mack, Eric R. Kandel, Thomas M. Jessell, James H. Schwartz, Steven A. Siegelbaum, A.J. Hudspeth, McGraw Hill Professional, 2013
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Traumatic_bonding


Časť 2
1. Principles of Neural Science, 5th Edition, Sarah Mack, Eric R. Kandel, Thomas M. Jessell, James H. Schwartz, Steven A. Siegelbaum, A.J. Hudspeth, McGraw Hill Professional, 2013
2. Explicit memory creation during sleep demonstrates a causal role of place cells in navigation. de Lavilléon G., Lacroix M.M., Rondi-Reig L., Benchenane K. Nat Neurosci. 2015 Apr;18(4):493-5.

Titulný obrázok: pixabay.com
Páčia sa Vám naše články? Podporte nás

Zdieľajte článok






Za podporu ďakujeme

Pridať e-mail