Karácsony előtti nap volt, és a Cambridge-ben, a Vassar utcában lévő rendesen elfoglalt MIT laboratórium csendes volt. A lények azonban határozottan kevergettek, köztük egy egér is, amely hamarosan világhírű lesz.
Kapcsolódó olvasmányok
Moonwalking Einsteinnel: Minden emlékezésének művészete és tudománya
megveszkapcsolodo tartalom
- Az agyimplantátumok képesek lehetnek a sérült emlékeket sokkolni az alakjára
Steve Ramirez, az akkoriban 24 éves doktorandusz, az egeret egy kis fémdobozba helyezte, fekete műanyag padlóval. Ahelyett, hogy kíváncsian szimatolt volna, az állat azonnal rémületen megdermedt, emlékeztetve arra a tapasztalatra, hogy ugyanazon a dobozban láb sokk volt. Ez egy tankönyv félelmére adott válasz, és ha bármi is volt, az egér testtartása merevebb volt, mint ahogy Ramirez számított. A traumáról való emlékezetének elég élénknek kellett lennie.
Ami elképesztő volt, mert a memória hamis: az egér soha nem kapott áramütést abban a dobozban. Inkább egy hamis emlékezetre reagált, amelyet Ramirez és MIT kollégája, Xu Liu ültettek az agyába.
„Kellemes karácsonyi ünnepeket” - olvassa el az e-mail tárgysorát, amelyet Ramirez Liu-nak lőtt, aki a Yosemite Nemzeti Parkban töltötte a 2012-es nyaralását.
A megfigyelés több mint két éven át tartó hosszú távú kutatási erőfeszítés csúcspontjává vált és rendkívüli hipotézist alátámasztott: Nem csak az egyetlen memória kódolásában részt vevő agysejteket lehetett azonosítani, hanem ezeket a specifikus sejteket manipulálni is lehetett egy teljesen új Soha nem történt esemény „emléke”.
„Ez egy fantasztikus feat” - mondja Howard Eichenbaum, a memóriakutató vezető kutatója és a Bostoni Egyetem Idegtudományi Központjának igazgatója, ahol Ramirez végezte egyetemi munkáját. "Ez egy igazi áttörés, amely megmutatja ezen technikák erejét az agy működésével kapcsolatos alapvető kérdések megválaszolásában."
Az idegtudományi áttörés során a duó hamis memóriát implantált egy egérbeA pontosan az emlékezettel való válogatás lehetősége évek óta elcsábította a tudósokat. "Nagyon sok ember gondolkodott ezen a vonalon" - mondja Sheena Josselyn, a torontói Beteg Gyerekek Kórházának vezető idegtudós kutatója, aki a memória celluláris alapjait vizsgálja. "De soha nem álmodtak arról, hogy ezek a kísérletek valóban eredményesek lesznek. Soha senki nem gondolta, hogy valóban megteheti.
Ramirez és Liu kivételével. Munkájuk új korszakot indított a memóriakutatásban, és valamikor új kezelésekhez vezethet az orvosi és pszichiátriai szenvedések, például depresszió, poszt-traumás stressz rendellenesség és Alzheimer-kór kezelésére. "Az ég valóban a határérték" - mondja Josselyn.
Bár az eddig laboratóriumi egerekkel végzett munkát végezték, a duó felfedezései mélyebb gondolatvonalat nyitnak az emberi természetbe. Ha az emlékeket akarata szerint manipulálni lehet, mit jelent a múlt? Ha törölhetjük a rossz memóriát, vagy létrehozhatunk egy jóat, hogyan fejleszthetjük ki a valódi önérzetet? „Az emlékezet identitás” - írja Julian Barnes, a brit író emlékiratában a Semmi félni. „Te vagy az, amit tettél; amit tettél, az az emlékezetedben van; amit emlékszel, meghatározza, hogy ki vagy. ”
***
A tudósok azt kérdezik: Beavatkozhatunk-e depressziós állapotban a pozitív emlékek újraaktiválásával? (Irvin Serrano) 
A gyrus dentatált egymillió sejtének körülbelül 5% -a aktív, amikor az egér egy hely emlékét kódolja. Itt az aktív sejtek rózsaszín és narancs. (Xu Liu és Steve Ramirez) 
Az egér agyának ebben a nézetében a sejtek, amelyeket Steve Ramirez és Xu Liu világossággal tudnak vezérelni, piros színűnek tűnnek. A többi aktív sejt zöld színű. (Steve Ramirez és Xu Liu) 
Az egyetlen memória során aktív sejtek gyakran különböznek génaktivitásukban, vörös és zöld ellen. A különbségek megértése növelheti a memória kezelésének hatékonyságát. (Steve Ramirez és Xu Liu) 
Az egér agyában lévő sejteket koruk szerint jelöljük ebben a képen. Három hétnél fiatalabb vörös színű sejtek alig aktívak az emlékezet kialakulása során. (Steve Ramirez és Xu Liu) „Mindig csodálkoztam a tudomány ellenőrzésének szintjével a világ minden tájáról” - mondja Ramirez, aki gyerekként gyűjtött sziklákat, és emlékszik, hogy megdöbbent, hogy valóban volt mód arra, hogy kitaláljuk, milyen régi sziklák vannak. „A példa manapság valamiféle banális” - mondja -, de fajként valakit helyezünk a Holdra. És nagyrészt kitaláltuk, hogyan lehet felszámolni a himlőket, olyanokat, amelyeket nem látunk, és amelyek létezését közvetett mérésekből kell levonniuk, amíg a mikroszkópuk elég jó lesz. ”
Amit most a 26 éves Ramirez és a 36 éves Liu látta és ellenőrizte, az idegsejtek villódzó csoportjai, úgynevezett metszetek, ahol az egyes emlékeket tárolják. Egyesítve az erőket 2010 végén, néhány hónappal azután, hogy Ramirez megkezdte diplomáciai munkáját az MIT-ben, a két férfi kidolgozott egy új módszert az élő agyok működés közbeni feltárására, egy olyan rendszert, amely ötvözi a klasszikus molekuláris biológiát és az optogenetika feltörekvő területét, amelyben a lézerek a géntechnológiával módosított sejtek stimulálására szolgálnak, amelyek érzékenyek a fényre.
Korszerű eszközökkel felfegyverkezve, és az MIT Susumu Tonegawa támogatásával, egy Nobel-díjjal kitüntetett immunológiai munkával, amelynek laboratóriumába tartoztak, Ramirez és Liu egy olyan küldetést indítottak, amelynek eredményeként két mérföldkövetõ tanulmány eredményezett, amelyeket 16 hónap alatt publikáltak. egymástól függetlenül a ragyogás egymással szembeni robbanásai, amelyek tovább fejlesztették a memória megértését celluláris szinten. Ramirez nagyszerűséggel írja le a felfedezéseket, mivel szinte mindent megtesz: „Az első papír olyan volt, mint egy villám elkapása egy palackban, a második papír olyan volt, mintha villám kétszer ugyanarra a helyre csapott volna.”
Bevezetés: Hogyan hozott létre Ramirez és Lieu hamis memóriát egy laboratóriumi egérben. (5W infographics) Az első, a Natureben, 2012 márciusában közzétett tanulmányban Ramirez és Liu azonosított, megcímkézte és újraaktiválta egy egér félelmi memóriáját kódoló sejtcsoportot, ebben az esetben egy olyan környezet emlékét, amelyben az egér láb sokkot kapott. A feat erős bizonyítékot szolgáltat arra a régóta fennálló elméletre, miszerint az emlékeket metszetekben kódolják. A legtöbb korábbi kísérlet során az agysejtek kémiai vagy elektromos aktivitását nyomon követték a memória kialakulása során. Ramirez és Liu túlságosan pontatlannak találta ezeket a módszereket. Ehelyett testreszabott technikai készletet állítottak össze, hogy az egér agysejtjeit fényérzékenysé tegyék a célterületen (a hippokampusz egy részét, amelyet Gyrus dentate-nek hívnak).
A géntechnológiával módosított laboratóriumi egerek speciális fajtájával együttműködve a gyrus dentatátot biokémiai koktéllel injektálták, amely tartalmaz egy fényérzékeny protein génjét, a channelrhodopsin-2-t. Az aktív dentatált gyrus sejtek - azok, akik részt vesznek a memória kialakulásában - előállítják a fehérjét, így maguk fényérzékenyé válnak. Az ötlet az volt, hogy miután a memóriát kódoltuk, újra aktiválható lenne, ha ezeket a sejteket egy lézerrel zappeljük.
Ehhez Ramirez és Liu műtéten implantáltak vékony szálakat a lézerből az egerek koponyáin és a fogfertőzésbe. A memória újraaktiválása - és az ahhoz kapcsolódó félelemre adott válasz - volt az egyetlen módja annak bizonyítására, hogy valóban azonosítottak és megjelöltek egy rajzt. A kutatók a kísérlet után feláldozták az állatokat, és mikroszkóp alatt megvizsgálták az agyszöveteket, hogy igazolják a metszetek létezését; a specifikus memóriában részt vevő sejtek zölden világítottak, miután a vegyületeket kezelték, amelyek a channelrhodopsin-2-vel reagáltak.
Amikor Ramirez és Liu mikroszkóp segítségével nézett a kezelt idegsejtekre, "olyan volt, mint egy csillagos éjszaka", mondja Liu, "ahol láthatjuk az egyes csillagokat". Bár ezek az aktív sejtek csak egy része a széles körben elterjedt láb-sokk-rajzon, elegendő volt azok újraaktiválása félelmi reakció kiváltására.
A következő lépés egy specifikus metszet manipulálása hamis memória létrehozása érdekében. Ez egy elegáns kísérlet, amelyet a Ramirez és Liu második tanulmányában részleteztek, amelyet a Science júliusban publikáltak. A készítménnyel egér készültek, és a biokémiai koktélt a gyrus dentatebe injektálták. Ezután dobozba tették az egeret anélkül, hogy megdöbbentenék volna. Mivel az állat 12 percet töltött felfedezésével, ennek a jóindulatú élménynek a memóriáját kódoltuk. Másnap az egeret egy másik dobozba helyeztük, ahol az első (biztonságos) doboz memóriája kiváltódott, ha a lézert a gyrus dentatációba lőttük. Abban a pontban, amikor az egér lábcsapást kapott. A harmadik napon az egér visszakerült a széfbe - és azonnal megfagyott a félelemtől. Soha nem kapott lábát sokkban, de a hamis memória, amelyet a kutatók egy másik dobozban készítettek, úgy okozta, hogy úgy viselkedjen, mintha volt.
Nem volt esély arra, hogy az egér tévesen összetévesztette az egyik dobozt a másikkal: Különböző formájú és színűek voltak, és különböző illataik voltak. Ramirez és Liu több kontrollcsoportot is alkalmaztak - kizárva annak lehetőségét, hogy maga a lézer villanása és nem az engram aktiválása okozta a félelem reakcióját például másnap. Valóban létrehoztak egy emléket.
***
A bejelentés média-őrültséget keltett. „A tudósok nyomon követik a soha nem történt eseményeket” - olvassa el a New York Times címsorát. Ramirez és Liu éjszaka közepén ébredtek fel, hogy élő interjúkat készítsenek az európai rádión. Liu szülei, Kínában visszatért, online olvassa el eredményeit. A hamis emlékezet bűncselekményekben játszott szerepe (a szemtanú által látott magas, sötét hajú bankrabló valójában rövid és kopasz volt) elragadta a közönséget. De kétségtelenül a tudományos fantasztikus felhangok különösen izgalmassá tették. Sokaknak úgy tűnt, hogy megerősítik az olyan filmekből származó ismerős (és félelmetes) ötleteket, mint a kezdete és a folt nélküli elme örök napfénye . Semmi sem olyan, mint amilyennek látszik; a valóság csak álom; kit fog bízni, én vagy a hazugságod?
Az idegtudósok számára Ramirez és Liu felfedezése egyenesen merész volt. "Számomra a félelem hiánya az, ami sikeressé tette őket" - mondja Josselyn. „El tudnád képzelni mindazt, ami rosszul fordulhat elő, de ezek a srácok odamentek, megszerezték a legjobb eszközöket, a legmegfelelőbb gondolkodásmódot alkalmazták.” Eichenbaum egyetért azzal, hogy a fiatal tudósok „végtagjaiban” mentek el, és komoly kockázatot jelent a karrierjük során. "Lehet, hogy három évet töltöttek, és azzal semmi esetre sem jöttek létre, hogy megmutassák érte" - mondja.
Töltsön el egy kis időt Ramirez és Liu környékén, és gyorsan észrevegye optimális hozzáállásukat. Különböző világokból származnak - Liu Sanghajban született és nevelkedett, a vegyészmérnök apja és az anyja fia, aki a vasúton dolgozott, és Ramirez szülei az 1980-as években El Salvadorban menekültek a polgárháborúból, és Everettbe (Massachusetts) telepedtek le. de jól illeszkedő személyiségeik nem véletlen. 2010 őszén, amikor Liu interjút készített potenciális partnerekkel, hogy felfedezzék vele az emlékezet rejtélyeit, először a tudományos szakértelemre koncentrált. De az idő múlásával egy másik tulajdonságot helyezett a kívánságlistájának tetejére - a boldogságot. „Ha emberekkel fog együttműködni, akkor boldog emberekkel is együtt akar működni” - mondja Liu. „És Steve az egyik legboldogabb srác, akit valaha láttam.” Ő egy gyorsbeszélő is, aki rengeteg szót csavar be minden lélegzetébe. - Nem állíthatja le a beszélgetést - viccel Liu. - Egyébként meg fog halni.
***
Amikor Ramirez fiatal volt, édesapjával gyakran ment a harvardi állatmozgató laboratóriumba, aki ott ketrecek tisztítását és padlóseprő tisztítását kezdte, majd később az állati főtechnikus lett. A laboratóriumi látogatások során Ramirez lámakat, struccokat és más lényeket, valamint „az embereket hűvös dolgokkal csinálták az állatokkal, méréseket és cuccokat készítettek”. Úgy gondolja, hogy „véletlenül elnyelt valamit”, ami elősegítette a tudomány felé mutatását.
De az agy zárta le az üzletet. "Akár szonetta, akár valaki a Holdra juttatása, vagy az élet biológiai molekuláinak kitalálása - mindez az agyak, az idegi aktivitás eredménye" - mondja Ramirez, leírva, hogy széles érdeklődése - Shakespeare-ben a mérnöki, biológia és még sok más - végül az idegtudományhoz vezette. - Miért nem tanulmányozná azt, amely mindent előállított?
Liu egy tudományos hajlamot is mutatott az élet korai szakaszában. És bár valószínűleg nem az első tudós, aki gyermekkorát hibákat gyűjtött, Liu elkötelezettsége megkülönböztető jellegű volt. Százlábú családokat nevelt fel, sok fényes bogarakkal volt, és a sáskat apró ketrecekben tartotta. Általában a sáska edamamet táplálta, de rájött, hogy a forró paprika érdekes reakciót váltott ki. "Még többet énekelnének" - mondja. Miután a sanghaji Fudan Egyetemen biológiát hallgatott, Liu doktorátust a Baylor Orvostudományi Főiskolán szerezte, amely a gyümölcslégy memóriáját tanulmányozta.
Tinédzserként elmélyült a sci-fi és a The Challenge című regényt írt. Olyan jövőről volt szó, amelyben a sportolók már nem közvetlenül versenyeznek egymással, hanem inkább a teljesítmény vagy a fiziológia különböző objektív mérésein esnek át: sebesség, erő, tüdőkapacitás és így tovább. A hős visszatér a valódi versenyhez, és helyreállítja a szerencse és a véletlen mérhetetlen tényezőit.
Múlt tavasz egyik napján, amikor Liu felsorolta azokat a sok dolgot, amelyek a Ramirez-szel folytatott munkájuk során hibásnak bizonyultak - a rivális csapata felfedezhette őket, és az agy rossz részét nullára tehette volna. tovább - mondta, hogy meg volt győződve arról, hogy a szerencse szerepet játszott a sikerben. Ha igen, mondtam, akkor felnőttként végzett munkája a gyerekkori regény témája volt. - Ez csodálatos - mondta hosszú csend után. "Soha nem hoztam létre ilyen kapcsolatot a könyv és a munka között, de szerintem igaza van."
A világ több mint két tucat laboratóriumában vannak olyan projektek, amelyek Ramirez és Liu kutatásain alapulnak. Eichenbaum például érdekli egy nagyobb élmény, az idővel megjelenő memória, például a labirintusban való navigálás reprodukálását.
Abban az időben, amikor sok súlyos mentális betegség kezelése hiányzik, a memóriamódosítás lehetséges klinikai alkalmazása vonzó. "Ez egyfajta őrület" - mondja Josselyn, akinek az Alzheimer-kórral és más memória-problémákkal foglalkozó munkája áll, "de lehet, hogy valaki Alzheimer-kórt szenvedő ... Talán ki tudunk találni egy olyan kezelést, amely csak bemegy és megteszi, amit ezek a srácok csináltak. papírokban, és ezeket a sejteket valamilyen módon mesterségesen aktiválják, fokozzák az aktivációt, és az emlékek jobban visszahívhatók. ”
Egy másik elméleti alkalmazásban a PTSD-t megkönnyítheti egy rossz memória többszöri újraaktiválásával annak igazolására, hogy maga a memória nem káros, vagy egy adott rossz memória traumatikus összetevőinek törlése, vagy pozitív helyettesítése. Ramirez és Liu munkájára támaszkodva a Tonegawa laboratóriumban mások pontosan ezt tették a hím egerekben az év elején, a láb sokk negatív memóriáját a női egérrel való találkozás pozitív emlékévé alakítva.
Ramirez, aki doktori fokozatát a MIT-en fejezi be, és Liu, aki a Northwestern Egyetemen vezet saját laboratóriumának megkezdésére, nemrégiben felmerült egy másik nagy emlékezet kérdésével: Beavatkozhatunk-e egy állat depressziós állapotában a pozitív emlékek újbóli aktiválásával? Úgy tűnik, hogy a válasz igen. Tanulják az anhedónia egérmodelleit, vagy az öröm iránti érdeklődés elvesztését, a depresszió tüneteit. A stressznek kitett kísérleti egerek mindaddig, amíg nem keresnek többet örömöt (például egy korty cukor vizet), visszanyerik érdeklődésüket, amikor a kellemes élményekre vonatkozó engramatok újra aktiválódnak. A siker aránya eddig 80 százalék.
"Mivel az elv bizonyítéka az, hogy mesterségesen újra aktiválhatjuk az emlékeket és hamis emlékeket hozhatunk létre az állatokban" - mondja Ramirez, "az egyetlen ugrás ott és az ember között csak a technológiai újítás".
Mi lenne a memória manipuláció etikai aggodalmaival? Patricia Churchland, az UC San Diego professzora és a „ Érzés egy ideg: Az ön, mint agy” szerzője szerint az ilyen terápia nem lesz olyan mélységes változás, mint amilyennek látszik. Az emberi emlékek - pontatlanok és kezdetben labilok - már régóta a beavatkozás tárgyát képezik, a kognitív-viselkedési terápiától az elektro-sokkáig egészen a gyógyszeres kezelésig. Az olyan állapotok kezelése, mint a depresszió, az engrami szinten „folyamatos azzal, amit már teszünk” - mondja Churchland, az idegtudomány egyik vezető filozófusa.
Ramirez szerint a memória műtét elkerülhetetlen, bár nagyon sok kérdéssel kell foglalkozni. Hogyan lehetne biztonságosan megtenni? Noninvazív? Etikusan? Hogyan választják ki a betegeket? Akár fájdalmas, mint általában a szívfájdalom, a legtöbbünk felismeri azt is, hogy ez az élet természetes, sőt egészséges része. Egy középiskolás fiú, aki éppen a barátnőjével szakított, valószínűleg nem jó jelölt memóriaműtétre. Demenciában vagy súlyos depresszióban szenvedő emberek esetében - embertelen lenne-e enyhíteni a szenvedését, ha lehetséges egy hatékony, biztonságos memória-beavatkozás?
A Ramirez és Liu által az emlékezet mechanikájába tett behatolások a lehetőségek széles, új világát nyitják meg, amelyek mélyek, félelmesek, megdöbbentõek és sürgõsek. "Tegnap el kell kezdenünk a beszélgetést arról, hogy mit fogunk tenni, amikor ez megtörténik" - mondja Ramirez, "hogy készen álljunk és tudjuk, hogyan kell kezelni."
