کشف سازوکار «تایمرهای مولکولی» در مغز؛ راز تبدیل خاطرات کوتاه‌مدت به حافظه پایدار (Nature)

پژوهشگران در یک مطالعه بنیادین که نتایج آن در مجله معتبر Nature به چاپ رسیده است، سازوکار شگفت‌انگیزی را در مغز کشف کرده‌اند که نشان می‌دهد چگونه تجربه‌های کوتاه‌مدت به خاطرات پایدار و ماندگار تبدیل می‌شوند. این کشف، مدل قدیمی حافظه را به چالش کشیده و دریچه‌ای نو به سوی درک نحوه انتخاب، تقویت یا فراموش شدن خاطرات می‌گشاید.

نحوه ماندگاری خاطرات: فرآیندی پویا و مداوم

هر روز ذهن انسان سیلی از لحظه‌های زودگذر و تجربه‌های مختلف را دریافت می‌کند، اما تنها تعداد محدودی از این تجربه‌ها در حافظه بلندمدت باقی می‌مانند. پرسش محوری این است: مغز چگونه تصمیم می‌گیرد کدام تجربه ارزش ماندگار شدن دارد و هر خاطره چقدر باید دوام بیاورد؟

مطالعه جدید نشان می‌دهد که تداوم خاطره حاصل یک روند پله‌به‌پله و نه یک تغییر تک‌مرحله‌ای است. این روند شامل مجموعه‌ای از مولکول‌هاست که در زمان‌های مختلف فعال شده و به مغز اجازه می‌دهد برخی خاطرات را تقویت کرده و برخی دیگر را محو کند.

پریا راجاستهوپاتی، سرپرست آزمایشگاه دینامیک عصبی و شناخت اسکولر هورباخ توضیح می‌دهد: «آنچه انتخاب می‌کنیم به یاد بسپاریم یک فرایند پویا و مداوم است، نه عملی شبیه فشار دادن یک کلید روشن/خاموش.»

چالش با مدل سنتی علوم اعصاب

سال‌ها مدل غالب در علوم اعصاب، حافظه را این‌گونه تعریف می‌کرد:

• هیپوکامپ: مرکز حافظه کوتاه‌مدت.
• قشر مغز: محل ذخیره حافظه‌های بلندمدت.
• سوئیچ مولکولی: یک سوئیچ مشخص تعیین می‌کند کدام خاطره برای همیشه ذخیره شود.

اما این نگاه نمی‌توانست تنوع طول عمر خاطرات را توضیح دهد؛ اینکه چرا برخی خاطرات فقط هفته‌ها دوام می‌آورند و برخی دیگر تا پایان عمر ماندگارند.

کشف مسیرهای عصبی کلیدی و تایمرهای مولکولی

در سال ۲۰۲۳، تیم راجاستهوپاتی مسیر عصبی مهمی را شناسایی کرد که حافظه کوتاه‌مدت را به حافظه بلندمدت متصل می‌کند. بخش کلیدی این مسیر تالاموس بود؛ ناحیه‌ای که هم در انتخاب خاطرات مهم نقش دارد و هم آنها را برای پایدارسازی به قشر مغز هدایت می‌کند.

مدل رفتاری با واقعیت مجازی و ابزار CRISPR

گروه پژوهشی برای بررسی دقیق‌تر، مدل رفتاری تازه‌ای با استفاده از محیط واقعیت مجازی برای موش‌ها طراحی کرد. در این محیط، با تکرار متفاوت برخی تجربه‌ها، امکان بررسی تفاوت میان خاطرات مهم و کم‌اهمیت فراهم شد. پژوهشگران دریافتند که تکرار یک تجربه به‌عنوان شاخص اهمیت عمل کرده و خاطرات پرتکرار ماندگاری بیشتری پیدا می‌کنند.

در گام بعدی، محققان از یک پلتفرم غربالگری مبتنی بر CRISPR استفاده کردند تا ژن‌های خاصی را در تالاموس و قشر مغز دستکاری کنند. حذف برخی مولکول‌ها باعث شد قدرت و مدت زمان حافظه به‌طور چشمگیری کاهش یابد. نکته مهم‌تر این بود که هر مولکول حافظه را در بازه زمانی متفاوتی تحت تاثیر قرار می‌داد.

تثبیت مرحله به مرحله حافظه توسط تنظیم‌کننده‌های ژنتیکی

نتایج نهایی نشان دادند که ماندگاری حافظه برخلاف تصور پیشین وابسته به یک سوئیچ واحد نیست؛ بلکه مجموعه‌ای از تایمرهای ژنتیکی باعث می‌شوند که خاطره مرحله به مرحله در مغز تثبیت شود:

• تایمرهای اولیه: به سرعت فعال و خاموش می‌شوند و به فراموشی سریع تجربه‌های کم‌اهمیت کمک می‌کنند.
• تایمرهای دیرتر: آهسته‌تر فعال می‌شوند، اما ساختارهای پایدارتر و ماندگارتری ایجاد کرده و خاطره را طولانی‌مدت حفظ می‌کنند.

نقش مولکول‌های Camta۱، Tcf۴ و Ash۱l

در این مطالعه، سه تنظیم‌کننده مهم شناسایی شد که برای ایجاد اولیه حافظه ضروری نیستند، اما برای تثبیت تدریجی و نگه‌داشتن آن لازمند:

حذف Camta۱ و Tcf۴ باعث اختلال در اتصال تالاموس و قشر مغز شده و منجر به فراموشی می‌شود. جالب توجه است که پروتئین‌های خانواده Ash۱l در سیستم ایمنی نیز نقش حافظه دارند و به بدن کمک می‌کنند تا عفونت‌های گذشته را به یاد بسپارد.

راجاستهوپاتی در این خصوص می‌گوید: «به نظر می‌رسد مغز همان مکانیسم‌های حافظه سلولی در سایر سامانه‌های زیستی را برای حافظه شناختی بازاستفاده می‌کند.»

افق‌های جدید در درمان بیماری‌های حافظه (آلزایمر)

این یافته‌های نوین می‌توانند سرنخ‌های مهمی برای درمان بیماری‌هایی مانند آلزایمر فراهم کنند. اگر مسیرهای مولکولی که حافظه را حفظ می‌کنند به‌طور کامل شناخته شوند، ممکن است بتوان خاطرات را از مسیرهای سالم عبور داد و از بخش‌های آسیب‌دیده مغز عبور کرد.

راجاستهوپاتی می‌گوید: «اگر بدانیم دومین و سومین مناطق مهم در تثبیت خاطره کدام‌اند، شاید بتوانیم در شرایطی که نورون‌های منطقه اول از بین رفته‌اند، سیستم را دور بزنیم و اجازه دهیم بخش‌های سالم‌تر مغز این وظیفه را بر عهده بگیرند.»

تیم پژوهشی اکنون در تلاش است تا بفهمد چه چیزی این تایمرهای مولکولی را فعال می‌کند، چه چیزی مدت زمان آنها را تنظیم می‌نماید و مغز چگونه اهمیت هر خاطره را تعیین می‌کند.