Η νάρκη μειώνει τις συνάψεις, όμως τα ποντίκια φαίνεται να διατηρούν τις μνήμες τους.
Η επικρατέστερη υπόθεση για το πώς αποθηκεύονται οι μνήμες είναι ότι, όταν μαθαίνουμε κάτι, οι συνδέσεις ανάμεσα στους νευρώνες που εμπλέκονται ισχυροποιούνται και μεγαλώνουν φυσικά. Αυτό συνιστά τη μνήμη. Το πρόβλημα είναι ότι αυτές οι συνδέσεις αλλάζουν σημαντικά με τον χρόνο — είναι πλαστικές.
«Αν συγκρίνεις τη διάταξη αυτών των συνδέσεων την πρώτη μέρα με την ίδια διάταξη την τέταρτη ή την πέμπτη, είναι πάρα πολύ διαφορετική», λέει ο Καζουμάσα Τανάκα, νευροεπιστήμονας στο Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University στην Ιαπωνία. Για να καταλάβει πώς μια μνήμη που μπορεί να διαρκεί χρόνια “κάθεται” πάνω σε ένα σύστημα που αλλάζει κάθε λίγες μέρες, η ομάδα του Τανάκα προχώρησε ένα βήμα πιο δραστικό. Σε πρόσφατη μελέτη στο Science, προκάλεσε σε ποντίκια μια κατάσταση που μοιάζει με νάρκη, η οποία ουσιαστικά εξαφάνισε την κατάσταση σε περισσότερες από τις μισές συνάψεις τους. Κι όμως, τα ποντίκια φαίνεται πως διατήρησαν τις μνήμες τους.
Η νάρκη κατά παραγγελία
Η νάρκη είναι ειδικότητα των σκίουρων, των χάμστερ και των αρκούδων, όμως το νευρικό κύκλωμα που την ενεργοποιεί είναι κοινό στα θηλαστικά και υπάρχει και σε είδη που δεν πέφτουν ποτέ σε νάρκη στη φύση, όπως τα ποντίκια. Τον Ιούνιο του 2020, μια ομάδα ερευνητών υπό τον Τακέσι Σακούραϊ, νευροεπιστήμονα στο University of Tsukuba και συνεργάτη στη μελέτη του Τανάκα, ανέπτυξε μια τεχνική για την τεχνητή ενεργοποίηση αυτού του κυκλώματος. Αυτό μπορεί να γίνει με την ενεργοποίηση ενός πληθυσμού κυττάρων, των λεγόμενων Q neurons, σε μια περιοχή του υποθαλάμου.
Το αποτέλεσμα είναι μια κατάσταση που ονομάστηκε QIH, από τα αρχικά του Q-neuron-induced hypothermia and hypometabolism.
«Με το πρωτόκολλό μας, μπορούμε να κατεβάσουμε τη θερμοκρασία του σώματος των ποντικιών περίπου στους 20 βαθμούς Κελσίου, ενώ μειώνονται σημαντικά και οι καρδιακοί και οι αναπνευστικοί ρυθμοί», εξηγεί ο Τανάκα. Το αν αυτό θεωρείται πραγματική νάρκη εξαρτάται από το ποιο ζώο με νάρκη χρησιμοποιείται ως σημείο αναφοράς. Οι αρκούδες, σε κατάσταση νάρκης, μειώνουν τις μεταβολικές τους ανάγκες, αλλά δεν αλλάζουν τη θερμοκρασία του σώματός τους, η οποία παραμένει γύρω στους 36 ή 37 βαθμούς Κελσίου. Στον αντίποδα, ορισμένα είδη σκίουρων μπαίνουν σε εξαιρετικά βαθιά νάρκη, όπου η θερμοκρασία του σώματός τους μπορεί να πλησιάσει το μηδέν. «Η τεχνητή νάρκη βρίσκεται κάπου στη μέση αυτού του φάσματος», λέει ο Τανάκα.
Το πιο σημαντικό στοιχείο της QIH, όμως, είναι ότι μπορεί να ενεργοποιείται και να απενεργοποιείται όποτε θέλεις. Στα πειράματα του Τανάκα, τα ποντίκια έμειναν για 48 ώρες σε αυτή την κατάσταση που έμοιαζε με νάρκη και στη συνέχεια ξύπνησαν.
Για τις συνάψεις τους, αυτές οι 48 ώρες λειτούργησαν σαν το χτύπημα του Thanos.
Για να διαπιστώσει πόσες συνάψεις χάνονται κατά τη διάρκεια της QIH, η ομάδα του Τανάκα εμφύτευσε τετρόδες, δεσμίδες από λεπτά ηλεκτρόδια, στον ιππόκαμπο ποντικιών που κινούνταν ελεύθερα. Αυτά επέτρεψαν την καταγραφή της ηλεκτρικής δραστηριότητας μεμονωμένων νευρώνων. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η δραστηριότητα μειώθηκε περίπου κατά 70% μόλις μπήκε σε εφαρμογή η νάρκη.
Οι εγκεφαλικοί ιστοί ορισμένων ζώων απεικονίστηκαν με μια τεχνική που ονομάζεται serial block-face scanning electron microscopy, πριν από τη νάρκη, κατά τη διάρκειά της και ημέρες μετά την επιστροφή στη συνείδηση. Όπως προέκυψε, η νάρκη εξαφάνισε περισσότερες από τις μισές συνάψεις — θεωρητικά, αυτό θα έπρεπε να σβήσει τις περισσότερες μνήμες. «Αν δεχτείς ότι τα ίχνη της μνήμης βρίσκονται στην αποτελεσματικότητα των επιμέρους συνάψεων, αν χάσεις πάνω από τις μισές συναπτικές συνδέσεις, φυσικά αυτό που θα περίμενες είναι έκπτωση της μνήμης στη συνέχεια», λέει ο Τανάκα. Η ομάδα, όμως, δεν βρήκε τέτοια έκπτωση.
Πριν από τη νάρκη, τα ποντίκια είχαν εκπαιδευτεί σε δύο κλασικές δοκιμασίες μνήμης. Η μία ήταν το contextual fear conditioning, κατά το οποίο το ζώο μαθαίνει να συνδέει ένα συγκεκριμένο κουτί με ένα ήπιο ηλεκτρικό σοκ. Η δεύτερη ήταν μια δοκιμασία plus-maze, όπου το ποντίκι μαθαίνει να βρίσκει τον δρόμο του προς μια ανταμοιβή. Η απόδοση και στις δύο δοκιμασίες εξαρτάται από μνήμες που αποθηκεύονται στον ιππόκαμπο, κάτι που η ομάδα επιβεβαίωσε προκαλώντας βλάβη στην περιοχή μετά την εκπαίδευση, γεγονός που οδήγησε στην εξαφάνιση των μνημών.
Όταν όμως άλλα ποντίκια, που είχαν μπει σε QIH, επανήλθαν, τα πήγαν εξίσου καλά σε αυτές τις δοκιμασίες με τα ποντίκια που δεν είχαν πέσει σε νάρκη. «Αυτό που βρήκαμε σε αυτά τα δύο διαφορετικά συμπεριφορικά παραδείγματα είναι ότι η μνήμη ήταν εντελώς άθικτη», υποστηρίζει ο Τανάκα.
Η επιβίωση αυτών των μνημών μέσα από την καταστροφή των συνάψεων επιβεβαιώθηκε και από καταγραφές της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Τα place cells, νευρώνες του ιππόκαμπου που ενεργοποιούνται όταν ένα ζώο βρίσκεται σε συγκεκριμένο σημείο, συνέχισαν να πυροδοτούνται στα ίδια σημεία μετά την επαναφορά. Και ένας αποκωδικοποιητής που διάβαζε τη δραστηριότητα του πληθυσμού μπορούσε να ανακατασκευάσει τη θέση του ποντικιού με την ίδια ακρίβεια όπως και πριν.
Η παρακολούθηση των ίδιων δενδριτών για οκτώ ημέρες έδειξε ότι οι συνάψεις που εξαφανίστηκαν κατά τη διάρκεια της νάρκης επανεμφανίστηκαν μετά την επαναφορά και το 82% από αυτές επανήλθε στο ίδιο σημείο του ίδιου δενδρίτη όπου βρισκόταν πριν, πολύ περισσότερο απ’ όσο θα προέκυπτε τυχαία.
Οι συνάψεις που χάθηκαν δεν ήταν επίσης ένα τυχαίο δείγμα. Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει μια τεχνική που ονομάζεται eGRASP, η οποία κάνει μια σύνδεση να φωτίζεται πράσινη μόνο όταν ένας νευρώνας που έχει επισημανθεί κατά τη μάθηση συνδέεται με άλλον νευρώνα που έχει επισημανθεί στην ίδια μαθησιακή διαδικασία. Η ομάδα χρησιμοποίησε αυτή την τεχνική για να εξετάσει ειδικά τις engram synapses, εξειδικευμένες συναπτικές συνδέσεις ανάμεσα σε νευρώνες που αποθηκεύουν μνήμη. Όπως φάνηκε, οι engram συνάψεις που βρίσκονταν μόνες τους σε έναν δενδρίτη εξαλείφθηκαν από τη νάρκη, ενώ όσες ήταν οργανωμένες σε πυκνές χωρικές συστάδες διατηρήθηκαν. Γιατί η ομαδοποίηση τις προστατεύει, δεν είναι ακόμη γνωστό. «Σε επίπεδο μηχανισμού, δεν ξέρουμε», λέει ο Τανάκα. «Αυτό είναι ένα από τα υπό εξέλιξη projects στο εργαστήριο».
Αυτό που μπορούσε να κάνει η ομάδα ήταν να εξετάσει την αρχιτεκτονική αυτών των συστάδων.
Multisynaptic boutons
Ακολουθώντας τις συστάδες που επιβίωσαν, η ομάδα του Τανάκα διαπίστωσε ότι το ένα τρίτο των ομαδοποιημένων engram συνάψεων ήταν συνδεδεμένο με κάτι που ονομάζεται multisynaptic bouton. «Συνήθως ένα μόνο προσυναπτικό άκρο σχηματίζει μια συναπτική σύνδεση με ένα μόνο μετασυναπτικό άκανθα — μια σχέση ένα προς ένα», εξηγεί ο Τανάκα. «Στα multisynaptic boutons, ένα προσυναπτικό άκρο σχηματίζει συναπτικές συνδέσεις με πολλές μετασυναπτικές άκανθες. Πρόκειται για σπάνια δομή. Είναι δύσκολο να τη βρεις στον εγκέφαλο».
Σε τυχαία επιλεγμένες συνάψεις από ποντίκια που δεν είχαν μπει σε νάρκη, μόλις το 3,3% βρισκόταν πάνω σε multisynaptic bouton. Οι ομαδοποιημένες engram συνάψεις που παρατηρήθηκαν εδώ ήταν, αν μη τι άλλο, λίγο μικρότερες από τις γειτονικές τους — δεν ήταν οι διογκωμένες, ενισχυμένες συνδέσεις που θα προέβλεπε το κλασικό μοντέλο.
Για να ελέγξει ότι αυτό το μοτίβο σχετιζόταν πράγματι με τη μνήμη και όχι με ένα γενικό μοτίβο απώλειας συνάψεων, η ομάδα έκανε έναν αρνητικό μάρτυρα: υπέβαλε μια ομάδα ποντικιών σε μακροχρόνια αναισθησία σε συνδυασμό με cytochalasin D, ένα φάρμακο που μπλοκάρει τη διεύρυνση και τη σταθεροποίηση των συναπτικών συνδέσεων. Αυτός ο συνδυασμός, όπως και η QIH, κατέστειλε τη νευρωνική δραστηριότητα και αφαίρεσε συγκρίσιμο ποσοστό συνάψεων, όμως τα ποντίκια βγήκαν από τη διαδικασία με διαταραγμένη μνήμη φόβου. Σε εκείνα τα ζώα, οι ομαδοποιημένες engram συνάψεις καταστράφηκαν αδιακρίτως — όπως ακριβώς και κάθε άλλη σύναψη.
Ο Τανάκα θεωρεί ότι πρέπει να είμαστε προσεκτικοί στα συμπεράσματα για το τι αποδεικνύει και τι δεν αποδεικνύει αυτή η σύγκριση. «Αυτό είναι ένας μεγάλος περιορισμός της μελέτης», λέει. «Μέχρι στιγμής, δεν υπάρχει τρόπος να μεταβάλουμε την ομαδοποίηση των engram συναπτικών συνδέσεων χωρίς να επηρεάσουμε και άλλες πλευρές των συνάψεων και του δικτύου». Με άλλα λόγια, δεν υπάρχει τρόπος να απενεργοποιηθούν επιλεκτικά αυτές οι συστάδες για να φανεί αν οι μνήμες απενεργοποιούνται μαζί τους.
«Πρόκειται για συσχετιστική μελέτη και όχι για έλεγχο αιτιότητας», προειδοποιεί ο Τανάκα. Αν όμως τα ευρήματα επιβεβαιωθούν, μπορεί να δείχνουν ότι μια μνήμη δεν χρειάζεται κάποια συγκεκριμένη σύναψη για να επιβιώσει, αρκεί να διατηρείται η ευρύτερη νευρωνική αρχιτεκτονική γύρω της.
Όμως το εργαστήριο του Τανάκα εξετάζει ήδη μια πολύ πιο παράξενη και ίσως βαθύτερη συνέπεια.
«Αν ο εγκέφαλος ξαναχτίζεται μετά τη νάρκη, ξαναχτίζει την κατάσταση στην οποία βρισκόταν πριν ή κάποια προτιμώμενη δική του διαμόρφωση;» ρωτά ο Τανάκα. Για να το διαπιστώσει, η ομάδα προκάλεσε σύντομη τεχνητή νάρκη σε ποντίκια που είχαν τροποποιηθεί ως μοντέλο επιληψίας, λίγο πριν εκδηλωθούν σπασμοί στα ζώα. «Διαπιστώσαμε ότι η ανάπτυξη της επιληψίας καταστέλλεται πλήρως μετά τη νάρκη, παρότι δεν γίνονταν επιπλέον παρεμβάσεις», υποστηρίζει ο Τανάκα. Αυτό, σύμφωνα με τον ίδιο, δείχνει ότι ο εγκέφαλος μετά τη νάρκη επιστρέφει σε μια μορφή προεπιλεγμένης κατάστασης του δικτύου, κάτι σαν τις εργοστασιακές ρυθμίσεις του, και όχι απλώς στο σημείο όπου είχε μείνει.
Καθώς τα ευρήματα για την επιληψία δεν έχουν ακόμη δημοσιευτεί, ο Τανάκα ελπίζει ότι η ομάδα του θα τα συμπεριλάβει σε επόμενο άρθρο. Ακόμη κι αν αυτές οι πρώτες παρατηρήσεις επιβεβαιωθούν, όμως, θα περάσει πολύς καιρός μέχρι να υπάρξει οποιαδήποτε κλινική εφαρμογή στον άνθρωπο. «Υπάρχουν ακόμη πάρα πολλές προκλήσεις — πιο αυστηρά μέτρα ασφάλειας, αλλά και ζητήματα ηθικής», λέει ο Τανάκα. «Όλες οι μελέτες μέχρι τώρα έχουν γίνει σε ποντίκια. Πρέπει να περάσουμε σε αρουραίους ή πιθήκους και να δούμε αν η τεχνητή νάρκη επηρεάζει πραγματικά τη λειτουργία του εγκεφάλου ή όχι. Έχουμε ακόμη πολλά να κάνουμε».
Science, 2026. DOI: 10.1126/science.aee7004
Το παρόν κείμενο δημιουργήθηκε με τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης.
