نوروبیولوژی: اساس شیمیایی حافظه

یادگیری نیازمند انطباق شیمیایی تک تک سیناپس هاست. محققان اکنون اثر پروتئینی متصل به RNA را نشان داده‌اند که در سازمان دهی و فرآیندهای یادگیری و حافظه دخیل است.

شکل گیری حافظه نیازمند تغییرات ظریف در ساختار مغز است. و این به این دلیل است که یادگیری و حافظه نتیجه ی اصلاح دائمی در سیناپس هاست _که اتصال کاربردی را فراهم میکنند تا سلول های عصبی را قادر به ارتباط با یکدیگر سازند. تغییرات مولکولی دراز مدتِ دخیل در این فرآیند به وسیله ی RNA پیک رمزگذاری میشوند که در هسته ی نورون تولید میشوند و باید به سیناپس های مناسبی منتقل شوند تا سنتز پروتئین های ویژه ای را “در محل” برنامه ریزی کند.

نقش و تاثیر پروتئین استافن۲ روی حافظه

درمطالعات اخیر Michael Kiebler دانشمند LMU نشان داده است که استافن۲ (Staufen2)، پروتئین متصل به RNA ،نقش اساسی را در انتقال mRNA به مقصدهایشان ایفا میکند . اما این که چگونه این فرآیندهای مولکولی به یادگیری و رفتار تاثیر میگذارد به خوبی درک نشده است. در حال حاضر یک مطالعه ی انجام گرفته شده توسط گروه Kiebler با همکاری Dusan Bartsch (دانشگاه مانهایم) و همکاران اسپانیایی (دانشگاه سویل) افق جدیدی را درمورد این موضوع باز کرده است. کار جدید برای اولین بار نشان میدهد که کاهش سطح استافن۲ با اختلال ویژه‌ی حافظه همراه است. این یافته‌ها در ژورنال Genome Biology منتشر شده است.


مقاله مرتبط: چگونه امواج حافظه درون مغز حرکت می‌کند؟


آزمایشات انجام گرفته و نتایج آن

محققان از مدل موشی ژنتیکی استفاده کردند که در طی دهه‌ی گذشته پیشرفت کرده و بهبود یافته است. در این مدل سنتز استافن۲ میتواند به طور شرطی و منتخب در سلول های عصبی پیشانی متوقف شود. سپس آنان اثرات کاهش میزان پروتئین استافن۲ را روی آزمایش های رفتاری-کاربردی حافظه مشخص کردند که اثربخشی حافظه ی فضایی، جسمانی و وابسته را اندازه میگرفت. این کارها به انعطاف‌پذیری سیناپسی بستگی دارد؛ به معنی توانایی فعالسازی ارتباط موثر بین شبکه های سیناپسی ویژه در هیپوکامپ.

نتایج به طور واضح نشان میدهد که کاهش استافن۲ در بخش پیشانی مغز تاثیر منفی روی جنبه های متعدد حافظه دارد. Kiebler میگوید:

به هر حال حافظه‌ی طولانی مدت به کار خود ادامه میدهد. برای مثال؛ موش ها قادر به یادگیری نحوه ی یافتن منبع غذایی اند اما بعد از جهش، زمانی که از موش ها میخواهند تا آنچه را  که آن‌ها بعد از مدت زمانی طولانی یاد گرفته اند به یاد بیاوردند ،عملکردشان به طور قابل توجهی از انواع حیوانات وحشی بدتر خواهد بود .

از بین بردن استافن۲ تاثیر مشخصی روی ساختار ظاهری (مورفولوژی) سلول عصبی و عملکرد سیناپس ها دارد. با کمک اندازه‌گیری های دستگاه فیزیولوژیک محققان کارایی انتقال سیگنال را در بین سیناپس ها در هیپوکامپ بررسی کردند و فهمیدند که هر دو پتانسیل طولانی مدت (LTP) و افسردگی طولانی مدت (LTD) تحت تاثیر قرار میگیرند.

LTP مکانیسمی است که که موجب افزایش طولانی مدت در کارایی انتقال سیناپسی می‌شود و بنابراین ارتباط عملکردی بین آنها را تقویت میکند. در سوی دیگر LTD کارایی انتقال بین سیناپسی را کاهش می‌دهد و به طور موثری ارتباطات قبلی را قطع می‌کند.

به طورقابل توجهی کاهش استافن۲ ،LTP را افزایش می‌دهد و LTD را از بین میبرد. این یافته ها نشان میدهد که کمبود استافن۲ موجب میشود که سیناپس ها نسبت به قبل فعال تر باشند.

Kiebler اظهار داشت:

LTP به عنوان یک مدل یادگیری در سطح سلولی در نظر گرفته شد. با این حال نتایج ما نشان می‌دهد که تعادل LTP و LTD مهم است. این تعادل به طور واضح با کمبود استافن۲ به میخورد.

بنابراین محققان فرض کردند که در این شرایط سیناپس ها بیش از حد فعال می‌شوند و در مواقع لازم به میزان کافی متوقف نمی‌شوند و این موضوع می‌تواند بر این دلالت کند که اطلاعاتی که در حافظه ی طولانی مدت ثبت می‌شوند یا ناقص ثبت خواهند شد یا این که اصلا ثبت نخواهد شد.

Kiebler میگوید:

این روند ما را برای اولین بار قادر به بکارگیری عامل مولکولی ویژه _استافن۲ (پروتئین متصل بهRNA) _با انعطاف‌پذیری سیناپسی و یادگیری می سازد. علاوه بر این، این رویکرد به ما وعده می‌دهد که دیدگاه‌های کاملا جدیدی را به مکانیسم‌های مولکولی که یادگیری را به ارمغان می آورند، باز کند.