Jazda na rowerze? Tego się nie zapomina! Już znamy tajemnicę tego, jak działają wspomnienia ruchowe

Wbrew pozorom, o funkcjonowaniu mózgu wciąż nie wiemy wielu rzeczy. Jedną z najbardziej fascynujących kwestii są tzw. wspomnienia ruchowe, czyli sposób, w jaki w naszych mózgach są zakodowane umiejętności fizyczne. Mechanizm jest całkiem inny niż w przypadku zapamiętywania dat czy nazwisk.
wspomnienia ruchowe
Jak powstają wspomnienia ruchowe?

Naukowcy z Wu Tsai Neurosciences Institute Uniwersytetu Stanforda postanowili przyjrzeć się, jak dokładnie powstają wspomnienia ruchowe i dlaczego są tak trwałe. Najlepszym przykładem jest jazda na rowerze, której nigdy się nie zapomina, niezależnie od tego, czy robiliśmy to ostatnio wczoraj czy 20 lat temu. Zrozumienie tych mechanizmów może być kluczowe w przyszłych terapiach chorób neurodegeneracyjnych, np. parkinsonie czy alzheimerze.

Czytaj też: Nowy sposób leczenia depresji? Nieinwazyjna stymulacja oka pobudza neurony w mózgu

Prof. Jung Ding z Uniwersytetu Stanforda mówi:

Uważamy, że pamięć ruchowa jest wyjątkowa. Niektóre badania nad chorobą Alzheimera obejmowały uczestników, którzy byli wcześniej muzykami i nie mogli pamiętać własnych rodzin, ale nadal mogli grać piękną muzykę. Najwyraźniej istnieje ogromna różnica w sposobie, w jaki powstają wspomnienia ruchowe.

Jak powstają wspomnienia ruchowe?

Wszystkie wspomnienia są zakodowane w mózgu w sieciach aktywności neuronów, które często są rozmieszczone w odległych regionach mózgu. Są to tzw. engramy (ślady pamięciowe). Istnieją w świadomości naukowej od ponad wieku, choć do tej pory nie było możliwe dokładne określenie, czym naprawdę są i jak powstają. Nie było też wiadome, czy engramy istnieją także w przypadku umiejętności motorycznych.

Richard Roth z grupy prof. Dinga mówi:

Kiedy po raz pierwszy uczysz się rzucać do kosza, używasz bardzo zróżnicowanego zestawu neuronów za każdym razem, gdy rzucasz, ale gdy stajesz się lepszy, używasz bardziej wyrafinowanego zestawu, który jest taki sam za każdym razem. Uważano, że te wyrafinowane ścieżki neuronów są podstawą engramu pamięci, ale chcieliśmy dokładnie wiedzieć, jak te ścieżki powstają.

Uczeni wyszkolili myszy by sięgały łapkami do granulkami jedzenia przez wąską szczelinę. Ponieważ zwierzęta były zmodyfikowane genetycznie, uczeni mogli obserwować konkretne neurony w korze motorycznej mózgu, czyli obszarze odpowiedzialnym za kontrolę ruchów (aktywowanych także podczas uczenia się). Komórki engramu oznaczono białkiem fluorescencyjnym i obserwowano, jak powstają wspomnienia.

Czytaj też: Fale theta w mózgu są niezbędne przy zapamiętywaniu informacji. To droga do terapii poprawiających pamięć

Kiedy kilka tygodni później badano gryzonie, które nadal pamiętały przekazane im umiejętności, wykazano zwiększoną aktywność w tych samych neuronach po raz pierwszy wykrytych podczas procesu uczenia się. To oznacza, że były one zaangażowane w tworzenie się engramów.

Badacze wytrenowali myszy do chwytania granulatu z jedzeniem (górna lewa), a następnie użyli techniki zwanej TRAP do oznaczenia neuronów w korze ruchowej myszy, które były aktywne podczas uczenia się nowej umiejętności (fioletowy). Wykazano, że neurony te rozwijają nowe synapsy podczas uczenia się (ramka górna prawa, fioletowe “kolce”) i same tworzą nowe połączenia z neuronami w prążkowiu, czyli dalszej części obwodu ruchowego mózgu (ramka dolna lewa, zielone “kolce”)

Naukowcy wykorzystali mikroskopię dwufotonową do obserwacji żywych obwodów neuronalnych i zaobserwowali, że tzw. neurony engramowe przeprogramowują się w miarę jak myszy się uczą. Nowe połączenia tworzyły się w odległej od kory motorycznej części mózgu – prążkowiu grzbietowo-bocznemu, miejscu, w którym neurony engramu mogą sprawować kontrolę nad ruchami zwierzęcia. Po raz pierwszy w historii zaobserwowano tworzenie nowych ścieżek synaptycznych w tej samej populacji neuronów.

Prof. Ding porównuje:

Pomyśl o pamięci jak o autostradzie. Jeśli 101 i 280 są zamknięte, nadal mógłbyś dostać się do Stanford z San Francisco, tylko zajęłoby ci to dużo więcej czasu.

Ważny krok do leczenia chorób neurodegeneracyjnych

Ciągłe powtarzanie jest jednym z powodów trwałości pamięci motorycznej, ale nie jedynym. Na trwałość pamięci może również wpływać fakt, że dana umiejętność jest kojarzona z nagrodą, być może za pośrednictwem dopaminy (neuroprzekaźnika). Chociaż uczeni nie zajęli się tym bezpośrednio, poprzednia praca prof. Dinga sugeruje związek z chorobą Parkinsona.

Prof. Ding podsumowuje:

Naszym kolejnym celem jest zrozumienie, co dzieje się w zaburzeniach ruchu, takich jak parkinson. Oczywiście, wciąż jesteśmy daleko od lekarstwa, ale zrozumienie, jak tworzą się zdolności motoryczne, jest krytyczne, jeśli chcemy zrozumieć, dlaczego są one zaburzone przez chorobę.

Szczegóły opisano w czasopiśmie Neuron.