12 grudnia 1918 r. Richard Semon, niemiecki lekarz i zoolog, położył się na narodowej fladze. Wziął do ręki pistolet i wymierzył go w serce. Jeden strzał pozbawił go życia. Później mówiono, że decyzję o samobójstwie spowodowała klęska Niemiec w I wojnie światowej i śmierć żony.

Zmarły w tragicznych okolicznościach naukowiec zapisał się w historii nauki koncepcją, która do dziś budzi emocje badaczy mózgu. Semon uważał, że istnieje związek między stanami fizjologicznymi żywego organizmu objawiającymi się zmianami w obrębie nerwów a pamięcią. Przypisuje mu się stworzenie pojęcia engramu, czyli śladu pamięciowego. Ślad pamięciowy to zmiana w układzie nerwowym pozostawiona przez określone przeżycia czy bodźce, którą można odtworzyć – czyli właśnie substrat pamięci.

Zagadka pamięci

- Gdzie są engramy? To jedno z najpoważniejszych pytań, jakie interesuje badaczy – mówi Peter Jonas, neuronaukowiec z Instytutu Nauki i Technologii Austrii. – Plastyczność mózgu, czyli wzmacnianie komunikacji między neuronami, wyjaśnia powstawanie pamięci na poziomie komórkowym. Żeby znaleźć engramy, trzeba jednak sięgnąć głębiej.

Zadania tego podjął się David Vandael, doktorant Jonesa, a wyniki jego pracy zostały opublikowane w czasopiśmie „Neuron”. Vandael przyjrzał się działaniu pojedynczych komórek nerwowych znajdujących się w hipokampie. Neurony są pobudliwe elektrycznie, a informacje przewodzą za pomocą sygnału elektrycznego. Gdy taki sygnał dociera do synapsy – miejsca połączenia dwóch neuronów – pojawiają się tam substancje chemiczne, zwane neuroprzekaźnikami. Uaktywniają one sąsiedni neuron.

Nagrać pracę neurona

Żeby dokładnie zbadać to zjawisko, Vandael opracował eksperyment, który pozwolił zarejestrować na żywo, co się dzieje w pojedynczej synapsie łączącej dwa rodzaje neuronów: piramidowe i ziarniste. Komórki pochodziły z mózgu myszy. Naukowca interesowało, co następuje, gdy dochodzi do wzbudzenia neuronu i jak powstają nowe połączenia między neuronami.

Wyobraźmy sobie, że uczymy się nowego słówka w obcym języku. Gdy słyszymy je po raz pierwszy, uruchamia się cała sieć neuronalna związana z zapamiętywaniem. To uruchomienie to właśnie „zapalenie się” wielu neuronów, które wzbudzają się elektrycznie. W synapsach łączących komórki nerwowe związane z tą aktywnością pojawiają się wówczas pęcherzyki wydzielające odpowiednie neuroprzekaźniki.

Obiecujący kandydat

Co się dzieje dalej? Vandeal odkrył, że pęcherzyki te nie giną, ale pozostają w synapsach. Jeśli neurony znów się uaktywnią – bo np. powtórzymy od razu słówko – w synapsie pojawią się dodatkowe pęcherzyki.

Vandael i Jonas podejrzewają, że za każdym razem, gdy czynność jest powtarzana, pęcherzyków przybywa i przez to za każdym razem w synapsach pojawia się więcej neuroprzekaźników. Ich zdaniem to właśnie może być engram, czyli ślad pamięciowy. Zaznaczają jednak, że ich obserwacje są na razie wyłącznie obiecującą hipotezą, która wymaga dalszego sprawdzenia. Podkreślają też, że dotyczą wyłącznie pamięci krótkotrwałej (pozwalającej przechowywać niewielkie ilości informacji przez kilka-kilkanaście sekund).

- Jeśli założymy, że neuroplastyczność mózgu odpowiada za uczenie się, wówczas David Vandael mógł odkryć engram – ostrożnie komentuje Peter Jones. Obaj naukowcy zamierzają przeprowadzić teraz dalsze badania, które pozwolą powiązać zmiany w synapsach zachodzące in vivo z konkretnymi zmianami w zachowaniu.