Czy „ośrodek pamięci” może się odradzać? Memory wars, naukowa bitwa o neurogenezę w hipokampie

Od ponad 50 lat badacze rozgrywają naukowy mecz, którego stawką jest wyjaśnienie, czy w dojrzałym ludzkim hipokampie mogą powstawać nowe, funkcjonalne neurony.

Gole strzelają zarówno ci, którzy dowodzą braku tego procesu, jak i zwolennicy jego istnienia. Na ten moment wygrywają ci drudzy, dając nam nadzieję, że w przyszłości będziemy w stanie skutecznie zapobiegać zaburzeniom pamięci i uczenia się.

Hipokamp to nieduża, parzysta struktura znajdująca się w płacie skroniowym. Swoim kształtem musiała niektórym neuroanatomom kojarzyć się z konikiem morskim, bo łacińskie słowo hippocampus nadano wcześniej rodzajowi, do którego należą właśnie te ryby. W gruncie rzeczy wygląda on jednak trochę jak wygięta rurka albo rożek.

Henry Molaison, hipokamp i ludzka pamięć

Do głównych funkcji hipokampu należy utrwalanie się wspomnień i pamięć przestrzenna. Dobitnie dowiedziono tego na przykładzie niejakiego Henry’ego Gustava Molaisona. W 1953 r. William Scoville, znany amerykański neurochirurg, usunął mu większą część wspomnianej struktury wraz z towarzyszącym jądrem migdałowatym. Powód? Molaison cierpiał na epilepsję, której ataków nie udało się wyciszyć dostępnymi wówczas lekami. Scoville, choć nieskutecznie próbował wykryć ognisko padaczki, przyjął, że może się ono mieścić właśnie w hipokampie. Zapewne nurtowała go też funkcja tej tajemniczej struktury i nie zamierzał odpuścić okazji, by się o niej czegoś więcej dowiedzieć.

Skutkiem operacji było niemal całkowite ustąpienie ataków epilepsji, ale także mentalne zatrzymanie Henry’ego w czasie. Od tej pory znany był już jako pacjent H.M. – najlepiej przebadany w historii medycyny. Pamiętał wszystko, co wydarzyło się przed operacją, ale był zupełnie niezdolny do konsolidacji nowych wspomnień, nie posiadał pamięci długotrwałej. Po usłyszeniu historii nie tylko nie potrafił jej powtórzyć – w ogóle nie pamiętał, że mu ją opowiadano. Można było spędzić cały dzień, ciągle mu się przedstawiając, a on i tak nie pamiętał naszego nazwiska. Miał również problem z zapamiętywaniem lokalizacji przedmiotów.

Jednak gdy kolejny raz wykonywał to samo zadanie manualne, to choć oczywiście żadnej z poprzednich prób nie pamiętał, robił to coraz sprawniej. Tak oto H.M. przyczynił się również do odkrycia pamięci proceduralnej (ruchowej), do której powstawania nie jest angażowany hipokamp. Pierwszy w literaturze opis przypadku H.M., autorstwa Scoville′a i badającej pacjenta psycholożki Brende Milner, opublikowany w 1957 r. na łamach „Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry”, cytowano tysiące razy.

Henry badany był przez ponad 50 lat przez dziesiątki naukowców, stał się najbardziej znanym pacjentem w historii medycyny, a jego przypadek przyczynił się do rozwoju wiedzy o ludzkiej pamięci, żeby nie powiedzieć, że otworzył jej annały. On sam jednak mógł być tego świadom nie dłużej niż 15 minut, jeżeli w ogóle ktokolwiek raczył mu o tym wspomnieć.

Czy w dojrzałym hipokampie mogą powstawać nowe neurony?

Na przykładzie H.M. i kilku innych pacjentów udowodniono znaczenie hipokampu w procesach zapamiętywania i uczenia się. Dziś wiemy, że pacjenci cierpiący na schorzenia neurodegeneratywne, takie jak np. choroba Alzheimera, charakteryzują się utratą neuronów m.in. właśnie w tej strukturze. Czy można jej zapobiec albo wspierać ich odnowę? Gdy w latach 60. ubiegłego wieku pewna grupa badaczy zaproponowała, że w dojrzałym hipokampie mogą powstawać nowe neurony, z miejsca uznano ich za heretyków. To, że w mózgu dorosłych ludzi nie ma prawa zachodzić neurogeneza, było oczywistą oczywistością – dla niektórych lekarzy starszej daty nadal zapewne jest.

Z biegiem czasu zaczęły pojawiać się wyniki badań doświadczalnych prowadzonych na zwierzętach, które wskazywały, że w dojrzałym hipokampie faktycznie mogą powstawać nowe neurony. Na skutek tego w latach 90. rozgorzała – trwająca do dziś – jedna z najbardziej ekscytujących dyskusji w neurobiologii. Jedni kwestionowali wszystko: od modeli doświadczalnych po aspekty metodologiczne. Inni widzieli w neurogenezie iskierkę nadziei na prewencję lub spowalnianie procesów neurodegeneratywnych. Zwłaszcza że u niektórych zwierząt wykazano, iż unikanie stresu i aktywność fizyczna mogą mieć stymulujący na nią wpływ.

Niedawno na łamach „Stem Cell Report” opublikowano wyniki bardzo starannie przeprowadzonych badań na myszach wskazujące, że czynniki wydzielane przez płytki krwi, zwłaszcza czynnik płytkowy 4., stymulują powstawanie neuronów hipokampu. O tej zaskakującej roli odgrywanej przez trombocyty świat usłyszał właśnie po raz pierwszy.

Neuronaukowy rollercoaster

Poza badaniami na zwierzętach zaczęły pojawiać się doniesienia o neurogenezie w dorosłym ludzkim hipokampie. W 2013 r. szwedzko-amerykański zespół naukowców stwierdził nawet, że blisko jedna trzecia neuronów budujących tę strukturę, a zwłaszcza jej część zwaną zakrętem zębatym (łac. gyrus dentatus), ulega wymianie – liczba nowo powstających każdego dnia neuronów w hipokampie dorosłego człowieka oszacowana została na 700.

Debata nad tym zjawiskiem wciąż jednak trwa. Rok temu na łamach prestiżowych czasopism naukowych, w odstępie zaledwie kilku tygodni, opublikowano wyniki dwóch prac badawczych, z których jedna istotnie wspierała tezy o istnieniu neurogenezy w hipokampie dorosłych osób, a druga, która ukazała się w prestiżowym „Nature”, wskazywała, iż proces ten u ludzi może co najwyżej mieć miejsce do 13. roku życia. Ot, taki neuronaukowy rollercoaster, z którego płynie dosyć trywialna konkluzja: „potrzebne są dalsze badania”.

Jak badać neurogenezę?

Skąd jednak takie rozbieżności? Według niektórych badaczy mogą być one rezultatem stosowania różnych technik izolowania i zachowywania tkanek mózgu. Jak wskazuje Maria Llorens-Martin, współautorka opublikowanej niedawno na łamach „Nature Medicine” pracy, fragmenty hipokampu trzeba zakonserwować najpóźniej do kilku godzin od zgonu i przy użyciu określonych związków chemicznych – w innym przypadku wykrycie białek wskazujących istnienie nowych, rozwijających się neuronów nie będzie możliwe.

Punkt dla nowych komórek w dojrzałym mózgu

Według hiszpańskiej badaczki fragmenty mózgu dostępne w bankach materiału biologicznego, z których często korzystają naukowcy, są na ogół zachowane w sposób nienadający się do miarodajnych badań procesu neurogenezy. Prowadzone przez jej zespół badania polegały zatem na bardzo starannym przygotowywaniu tkanek, które uzyskiwano od osób z brakiem zaburzeń pamięci oraz chorych na Alzheimera. Wniosek? W hipokampie osób zdrowych nowe komórki nerwowe mogą powstawać nawet po dziewiątej dekadzie życia. Z kolei u chorych na Alzheimera zaobserwowano znaczny spadek nowych neuronów, ich liczba była odwrotnie proporcjonalna do stadium zaawansowania schorzenia. Szala zwycięstwa zaczęła się znowu przechylać na stronę istnienia neurogenezy w dojrzałym hipokampie. Cóż za ekscytujący mecz!

Wciąż jednak nie wiadomo, jakie dokładnie funkcje pełnią nowo powstające neurony – to wymagałoby wykorzystania technik analizy aktywności pojedynczych komórek w mózgu żywych ludzi. W świetle determinacji niektórych zespołów naukowych i obecnego tempa rozwoju technik badawczych jedno jest pewne – prędzej czy później poznamy odpowiedź na otwarte dziś pytania. Jeżeli okaże się, że w dorosłym hipokampie faktycznie mogą powstawać w pełni funkcjonalne neurony, pojawi się nadzieja, że kiedyś nauczymy się sterować procesem hipokampalnej neurogenezy i przeciwdziałać zaburzeniom pamięci. Póki co – naukowy mecz trwa.