در آزمایشگاه سوسومو تونِگاوا، فرضیات قدیمی در مورد شکل‌گیری حافظه، عملکردِ یادآوری و امکان بازیابی خاطرات گم‌شده از «اِنگرام‌های خاموش» را زیر و رو می‌کنند.
تونِگاوا در دهه ۱۹۸۰ نشان داد که سلول‌های سیستم ایمنی، دی‌ان‌ای خود را بازآرایی می‌کنند تا میلیون‌ها آنتی‌بادی مختلف بسازند و به واسطه این کشف، جایزه نوبل را در سال ۱۹۸۷ از آنِ خود کرد. اما او سپس شاخه ایمیونولوژی را برای همیشه ترک نمود. ابتدا می‌خواست به سراغ زیست‌شناسی مولکولی برود که بسیار بدان علاقه داشت، اما سر از نوروساینس درآورد و سرانجام وجهه‌ای جدید برای خود خلق کرد. تونِگاوا و همکارش هیراج روی در کالج نوروساینتیست ام‌آی‌تی، در ابتدای امسال گزارش کردند که ذخیره‌سازی و بازیابی خاطرات در دو مدار جداگانه در مغز رخ می‌دهد و نه در یک مدار آن‌گونه که برای مدت‌های طولانی تصور می‌شد. تیم آن‌ها هم‌چنین نشان داد که خاطرات یک واقعه، بطور همزمان در حافظه کوتاه-مدت و حافظه بلند-مدت در مغز شکل می‌گیرند. و جالب‌تر اینکه آن‌ها اخیرا نشان دادند که شاید روزی راهی یافت شود تا خاطراتی که در حال حاضر قابل بازیابی نیستند را بتوانیم به سطح آگاهی هوشیار برگردانیم.
ردیابی سلول به سلول خاطرات
تونگاوا در ماجراجویی جدید خود در علم مغز از یکی از تکنیک‌های آشنای خود استفاده کرد. او از موش‌های ترانس‌ژنیک (تغییر یافته ژنتیکی) در مطالعات ایمن‌شناسی خود استفاده کرده بود. در این روش، ژن‌های خاصی را خاموش یا روشن می‌کنند تا عوارض فیزیکی آن‌را بررسی نمایند. او از روش مشابهی استفاده کرد تا زیربنای بیولوژیک آموختن و حافظه را آشکار کند. در یکی از پژوهش‌های اولیه خود در ام‌آی‌تی، او موش‌هایی را پرورش داد که قادر نبودند آنزیم خاصی را تولید کنند و تصور می‌رفت که آن آنزیم در تحکیم خاطرات بلند مدت نقش دارد. هرچند رفتار موش‌ها در ابتدا عادی بنظر می‌آمد، اما بررسی بیشتر نشان داد که توانایی موش‌ها در آموختن فضا و فاصله‌ها نقصان یافته است.
حدود ۱۰ سال قبل، تونگاوا با بکارگیری اپتوژنتیک دقت کار خود را افزایش داد. در این روش، ژن‌های حیوانات آزمایشگاهی بگونه‌ای تغییر داده می‌شوند که سلول‌هایشان یک پروتئین حساس به نور را تولید کند که چانل‌رودوپسین خوانده می‌شود. محققان سپس می‌توانند با استفاده از فیبر نوری و تاباندن نور بر یک سلول خاص آن‌را فعال یا غیرفعال کنند. تونگاوا و همکارانش از روش اپتوژنتیک برای ایجاد فعالیت عصبی در ناحیه‌ای مشخص از مغز استفاده کردند. آن‌ها نشان دادند که تئوری‌های رایج در مورد شکل‌گیری حافظه اشتباه و یا ناکامل هستند. برای مثال و برخلاف ایده دگم رایج، هیپوکمپوس که در ایجاد خاطرات مشخص نقش دارد همان مداری نیست که خاطرات را بعدا بازیابی می‌کند. در عوض، برای یادآوری خاطرات از یک مدار میان‌بر در سابیکولومِ هیپوکمپوس استفاده می‌شود.
مطالعات نشان داده است که هیپوکمپوس (قرمز) برای ایجاد خاطرات جدید الزامی است. اما یادآوری آن خاطرات در کوتاه مدت به یک «مدار میان‌بر» وابسته است که یک ناحیه تخصصی است و سابیکولوم خوانده می‌شود (سبز)
محققان به تعدادی موش آموختند که در یک قفس خاص حس ترس داشته باشند. سپس با تاباندن نور لیزر بر سابیکولوم، آن ناحیه را خاموش کردند و در کمال تعجب دریافتند که موش‌ها دیگر از آن قفس خاص نمی‌ترسیدند. این آزمایش نشان می‌داد که سابیکولوم برای یادآوری خاطره ترسناک لازم است. اما خاموش کردن سابیکولوم هنگامی که موش‌ها می‌آموختند تا از آن قفس بهراسند هیچ تغییری ایجاد نکرد. موش‌ها براحتی بخاطر آوردند که آن قفس ترسناک است و این نشان می‌دهد که ناحیه دیگری در هیپوکمپوس مسئول ضبط خاطرات است. به طریق مشابه، با روشن و خاموش کردن مدار هیپوکمپوس اصلی مشخص شد که این ناحیه در شکل‌دهی به خاطرات نقش دارد و نه در بازیابی آن‌ها.
اما چرا مغز از دو مدار جداگانه برای ضبط و بازیابی خاطرات استفاده می‌کند؟ هیراج روی می‌گوید که استفاده از مدارهای موازی موجب افزایش سرعت عمل می‌گردد. اگر یک مدار در هیپوکمپوس مسئول بود که هم ضبط و هم بازیابی را انجام دهد، رمزنگاری یک خاطره جدید چند صد میلی‌ثانیه طول می‌کشید. اما اگر یک مدار اطلاعات جدید را ضبط کند و همزمان مداری دیگر اطلاعات قبلی را بخواند، زمان بازیابی به چند ده میلی‌ثانیه کاهش پیدا می‌کند. این افزایش سرعت می‌تواند مرگ و یا زندگی جانداری را رقم بزند که باید در کسری از ثانیه تصمیم بگیرد که در مواجهه با یک شکارچی چه کند.
ارزیابی مجدد از چگونگی شکل‌گیری خاطرات
تونگاوا و هیراج روی هم‌چنین نشان دادند که خود فرایند شکل‌گیری خاطره نیز بطور غیر قابل انتظاری پیچیده است. آن‌ها تغییرات مغز در طی انتقال خاطرات از حافظه کوتاه مدت به بلند مدت را مورد مطالعه قرار دادند. (در موش‌ها، حافظه کوتاه مدت به یادآوری وقایعی اطلاق می‌شود که در طی چند روز قبل اتفاق افتاده‌اند. عبارت «حافظه اخیر» به یادآوری وقایع چند دقیقه یا چند ساعت گذشته و حافظه بلند مدت به یادآوری وقایع چند هفته گذشته اطلاق می‌گردد)
برای چندین دهه، باور رایج در نوروساینس این بود که خاطرات کوتاه مدت به سرعت در هیپوکمپوس شکل می‌گیرند و بعدا به قشر پره‌فرونتال کورتکس منتقل می‌شوند. اما تیم تونگاوا گزارش کردند که خاطرات جدید در هر دو محل و همزمان ایجاد می‌شوند.
مسیری که به کشف فوق منجر گشت از سال ۲۰۱۲ آغاز شد، هنگامی‌که تونگاوا روشی را ابداع کرد برای های‌لایت کردن سلول‌های مغزی که سلول‌های انگرام خوانده می‌شوند و یک خاطره منحصر بفرد را نگاه می‌دارند. او می‌دانست هنگامی‌که موش‌ها وارد یک محیط جدید می‌شوند، ژن‌های خاصی در مغزشان فعال می‌گردند که آن‌ها را ژن‌های «آموزشی-تجربی» نامیدند. تیم او سپس آن ژن‌ها را به ژن‌های چانل‌رودوپسین متصل کردند و نتیجه این شد که دقیقا همان سلول‌هایی که در حین فرایند آموختن فعال هستند درخشان نیز می‌شوند. بدین ترتیب تیم تحقیقاتی نشان دادند که کدام سلول‌ها یک خاطره خاص را در خود نگاه می‌دارند. تنها کافی بود که همان سلول‌های عصبی را با تاباندن نور لیزر مجددا برانگیخته کنند تا حیوان بگونه‌ای رفتار کند که گویا خاطره‌ای به یادش آمده است.
در این برش بزرگ شده از الیاف مغز که با یک پروتئین اوپتوژنتیک تقویت شده است، تابش سبز نشان می‌دهد که کدام سلول‌های اِنگرام در هیپوکمپوس یک خاطره کوتاه مدت را ذخیره کرده‌اند.
در این برش بزرگ شده از الیاف مغز که با یک پروتئین اوپتوژنتیک تقویت شده است، تابش سبز نشان می‌دهد که کدام سلول‌های اِنگرام در هیپوکمپوس یک خاطره کوتاه مدت را ذخیره کرده‌اند.
در آزمایشی دیگر، تیم تحقیقاتی موش‌ها را درون قفسی قرار داده و شوک الکتریکی ملایمی به پایش وارد کردند که موجب شد موش خاطره تلخی از آن قفس داشته باشد. روز بعد، همان موش‌ها را وارد قفس کردند و سلول‌های مغزی ذخیره کننده خاطره را با پرتو لیزر فعال کردند. همانطور که انتظار می‌رفت، سلول‌های هیپوکمپال که مسئول حافظه کوتاه مدت هستند به نور لیزر واکنش نشان دادند. اما در کمال تعجب، تعدادی سلول در ناحیه پره‌فرونتال کورتکس هم فعال شدند. سلول‌های کورتیکال بسیار زودتر از موعد قابل انتظار خاطره‌ای از شوک وارد شده را شکل داده بودند. اما پژوهشگران متوجه شدند که هر چند سلول‌های کورتیکال را با پرتو لیزر می‌توان برانگیخت، اما این سلول‌ها در هنگام ورود موش به قفسی که در آن شوک داده شده بود، بطور خودکار فعال نشدند. محققان این سلول‌های کورتیکال را «اِنگرام‌های خاموش» نامیدند زیرا حاوی خاطره‌ای هستند که به علامت و نشانه طبیعی پاسخ نمی‌دهد.
به گفته تونگاوا، اِنگرامِ هیپوکمپال در ابتدا فعال است و سپس خاموش می‌شود ولی اِنگرام کورتکس-پره‌فرونتال در ابتدا خاموش است و به تدریج فعال می‌شود. درکِ دقیق شکل گیری و ضبط خاطرات می‌تواند راه را برای تولید داروهایی باز کند که به تقویت حافظه کمک می‌نمایند.
احیای خاطرات خاموش
علی‌رغم تمام شک و تردیدهای موجود، مفهوم اِنگرام خاموش یک امکان هیجان‌انگیز را در اختیارمان می‌گذارد تا به خاطرات فراموش شده دوباره دست یابیم. تیم محققان از خود پرسیدند که آیا امکان دارد که خاطرات فراموش شده را بطور دائم و با استفاده از یک روش درمانی غیرتهاجمی بازیابی کرد؟ یک پروتئین سلولی که PAK1 خوانده می‌شود، رشد شاخک‌های دِندریک در نورون‌ها را تشدید می‌کند. آیا انتقال این پروتئین به سلول‌های مغز به یادآوری خاطرات فراموش شده کمک می‌کند؟ برای تست کردن آن، محققان تولید پروتئینی که موجب تحکیم بلند مدت خاطرات می‌شود را در موش‌ها متوقف کرده و سپس در یک قفس خاص به آن‌ها شوک وارد کردند. هنگامی که بعدا همین موش‌ها را به آن قفس برگرداندند، آن‌ها هیچ نشانه‌ای از ترس بروز ندادند که نشان می‌داد خاطره تلخ شوک دادن را بیاد نمی‌آورند. با این‌حال با تاباندن نور لیزر آن خاطره دوباره فعال شد که نشان می‌داد خاطره هنوز در جایی به شکل اِنگرام خاموش موجود است. در مرحله بعد، ژن PAK1 به موش‌ها تزریق شد تا پروتئین متناظر را بیش از اندازه تولید کنند. چند روز بعد، این موش‌ها در همان لحظه ورود به قفس از ترس خشک‌شان زد. آن‌ها خاطره تلخ شوک را بی‌نیاز به تابش لیزر بخاطر آوردند.
شگفت‌آور است هنگامی که تصور می‌کنیم صدها هزار خاطره فراموش شده در مغز ما به شکل اِنگرام خاموش منتظر نشسته‌اند تا با دریافت نشانه مناسب دوباره فعال شوند. اگر نتایج تحقیقات فوق در مورد انسان‌ها هم صدق کند، شاید روزی فقط با تزریق یک آمپول بتوانیم تمام خاطرات فراموش شده خود را بخاطر آوریم.
