اپتوژنتیک، که کارل دیسروس از دانشگاه استنفورد پیشگام آن است، روش جدیدی برای دستکاری و مطالعه سلولهای عصبی با استفاده از نور است. روشهای اپتوژنتیک به سرعت به تکنیکهای استاندارد برای مطالعه در مورد عملکرد مغز تبدیل می‌شوند.
کازوماسا تاناکا، برایان ویلتگن و همکاران در UC Davis از این روش بمنظور بررسی نظریه قدیمی بازیابی حافظه استفاده کردند. ویلتگن گفت دانشمندان علوم اعصاب بمدت ۴۰ سال بازیابی خاطره‌های اپیزودیک (خاطره‌هایی در رابطه با مکانها و وقایع به خصوص) نیازمند فعالیت مشترک میان قشر مخ و هیپوکامپ است. هیپوکامپ ساختاری کوچک در عمق مغز است.
ویلتگن اذعان داشت: “تئوری بدین شرح است که پردازش در قشر در به خاطر سپردن دخیل است، و هیپوکامپ این الگو را حین بازیابی آن دوباره می‌سازد و شما را قادر می‌سازد تا آن واقعه را دوباره تجربه کنید.” اگر هیپوکامپ دچار آسیب شود، بیماران ممکن است خاطره‌هایی از چند دهه زندگی خود را از یاد ببرند.
ولی آزمایش این تئوری تا زمان ظهور اپتوژنتیک بطور مستقیم بسیار دشوار بود.
ویلتگن و تاناکا از موشهایی که از نظر ژنتیکی دستکاری شده‌بودند استفاده کردند؛ در این موشها، زمانیکه سلولهای عصبی فعال هستند، نور فلورسانس سبز رنگ ساطع کرده و پروتئینی را بیان می‌کنند که سلولها را قادر می‌سازد تا فعال یا غیرفعال شوند. آنها بهمین دلیل قادر بودند تا بصورت دقیق سلولهای عصبی را که در قشر و هیپوکامپ در زمان به خاطر سپردن و بازیابی خاطره فعال بودند، شناسایی کنند؛ همچنین می‌توانستند آنها را بطور مستقیم توسط یک فیبر نوری با تابش نور غیرفعال کنند.
آنها موشها را با قراردادن در قفسی که شوک الکتریکی خفیفی دریافت می‌کردند، آموزش دادند. بطور طبیعی، موشهایی که در محیط جدید قرار می‌گیرند، همه جا را جستجو می‌کنند. ولی زمانیکه داخل قفسی که شوک متحمل می‌شدند قرار گرفتند، در یک پاسخ ترس، از حرکت بازایستادند.
تاناکا و ویلتگن ابتدا نشان دادند که آنها قادر به نشانه گذاری سلولهای دخیل در به خاطر سپردن هستند. همچنین نشان دادند این سلولها دوباره در زمان بازیابی خاطره فعال می‌شوند. سپس آنها قادر بودند تا سلولهای عصبی خاصی را در هیپوکامپ غیرفعال سازند و نشان دهند که موش خاطره‌های یک واقعه ناخوشایند را از یاد برده است. آنها همچنین قادر به اثبات این بودند که غیرفعال کردند سلولهای دیگر در هیپوکامپ تاثیری بر بازیابی خاطره ندارد؛ و این روش امکان مسیریابی فیبرها از هیپوکامپ تا سلولهای خاص در قشر را فراهم می‌کند.
ویلتگن گفت: “قشر به تنهایی قادر به انجام آن نیست و نیاز به ورودی‌هایی از جانب هیپوکامپ دارد. این یک فرض اساسی طولانی مدت در این زمینه بوده است و داده‌های تاناکا، اولین شواهد مستقیم مبنی بر اثبات آن را فراهم می‌آورد.”
همچنین این روش آنها را قادر ساخته است تا نحوه ارتباط سلولهای خاص در قشر را با آمیگدال دریابند. آمیگدال ساختاری کلیدی در مغز است که در احساسات و ایجاد freezing response دخیل می‌باشد.
مقاله مرتبط: مطالعه جدید حافظه از طریق اپتوژنتیک
