انتقال خاطره با RNA؛ چگونه دانشمندان حافظه را از یک حلزون دریایی به دیگری منتقل کردند؟

انتقال خاطره از مغز یک حلزون دریایی به حلزونی دیگر؛ آیا RNA می‌تواند حامل حافظه باشد؟

برای نخستین بار، پژوهشگران نشان دادند که RNA استخراج‌شده از دستگاه عصبی یک حلزون دریایی آموزش‌دیده می‌تواند در حیوانی آموزش‌ندیده، تغییرات رفتاری و سلولی مشابهی با اثر آموزش ایجاد کند؛ یافته‌ای که یکی از بنیادی‌ترین پرسش‌های علوم اعصاب را دوباره به مرکز توجه آورد: حافظه دقیقاً کجا و چگونه در مغز ذخیره می‌شود؟

تصور اینکه بخشی از یک تجربه بتواند از یک موجود زنده به موجودی دیگر منتقل شود، بیشتر شبیه داستان‌های علمی‌تخیلی است تا یک آزمایشگاه علوم اعصاب. بااین‌حال، در سال ۲۰۱۸ پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس (UCLA) آزمایشی انجام دادند که نشان داد RNA استخراج‌شده از سیستم عصبی یک حلزون دریایی آموزش‌دیده می‌تواند نوعی پاسخ رفتاری مرتبط با حافظه را در حلزون آموزش‌ندیده ایجاد کند. نتایج این مطالعه در مجله معتبر eNeuro منتشر شد. (eneuro.org)

البته از همان ابتدا باید یک نکته علمی مهم را روشن کرد: آنچه در این پژوهش «انتقال حافظه» نامیده می‌شود، به معنای انتقال یک خاطره پیچیده مانند چهره یک فرد، یک رویداد شخصی یا خاطرات زندگی انسان نیست. پژوهشگران یک شکل بسیار ساده از یادگیری غیرتداعی‌گر، یعنی حساس‌شدن طولانی‌مدت (Long-Term Sensitization) را در گونه‌ای از حلزون‌های دریایی به نام Aplysia بررسی کردند. اهمیت واقعی این آزمایش دقیقاً در همین سادگی نهفته است؛ زیرا می‌توان در یک دستگاه عصبی نسبتاً ساده، سازوکارهای سلولی و مولکولی یادگیری و حافظه را با دقت بیشتری بررسی کرد.

چرا حلزون دریایی برای مطالعه حافظه اهمیت دارد؟

وقتی از مغز صحبت می‌کنیم، معمولاً انسان، موش یا نخستی‌ها به ذهن می‌آیند؛ اما Aplysia سال‌هاست یکی از مدل‌های کلاسیک در نوروبیولوژی یادگیری و حافظه محسوب می‌شود.

سیستم عصبی این جانور در مقایسه با مغز انسان بسیار ساده‌تر است و حدود ۲۰ هزار نورون دارد. بسیاری از نورون‌های آن نیز اندازه بزرگ و موقعیت نسبتاً مشخصی دارند و پژوهشگران می‌توانند مدارهای عصبی مرتبط با رفتارهای مشخص را با دقت مطالعه کنند. همین ویژگی باعث شده است Aplysia به یکی از مدل‌های تاریخی و ارزشمند برای مطالعه پلاستیسیته عصبی (Neuroplasticity)، یادگیری و حافظه تبدیل شود. (eneuro.org)

در مقابل، مغز انسان از شبکه‌ای بسیار پیچیده‌تر با حدود ۸۶ میلیارد نورون و تعداد بسیار زیادی اتصال سیناپسی تشکیل شده است. بنابراین نباید نتایج یک آزمایش روی Aplysia را مستقیماً به حافظه انسانی تعمیم داد؛ اما می‌توان از آن برای کشف اصول بنیادی حافظه سلولی و مولکولی استفاده کرد.

دانشمندان چگونه «حافظه» را در حلزون ایجاد کردند؟

پژوهشگران در این مطالعه از پدیده‌ای به نام حساس‌شدن طولانی‌مدت یا Long-Term Sensitization (LTS) استفاده کردند.

حلزون‌های دریایی در پاسخ به محرک‌های تهدیدکننده می‌توانند یک رفتار دفاعی مشخص از خود نشان دهند. پژوهشگران با اعمال محرک‌های الکتریکی کنترل‌شده به دم حیوان، این پاسخ دفاعی را به‌صورت مکرر تحریک کردند.

پس از تکرار آموزش، حیوان نسبت به محرک بعدی واکنش شدیدتر و طولانی‌تری نشان می‌داد. این تغییر رفتاری صرفاً یک پاسخ لحظه‌ای نبود؛ بلکه نوعی حافظه بلندمدت غیرتداعی‌گر ایجاد شده بود.

در واقع، حیوان «یاد گرفته بود» که محرک را با یک پاسخ دفاعی قوی‌تر همراه کند.

این مدل به دانشمندان اجازه می‌دهد فرآیندهایی مانند حافظه بلندمدت، تثبیت حافظه (Memory Consolidation)، تغییر تحریک‌پذیری نورون و تغییرات مولکولی پس از یادگیری را بررسی کنند.

نقطه شگفت‌انگیز آزمایش: RNA

پس از آموزش، پژوهشگران RNA را از سیستم عصبی حلزون‌های آموزش‌دیده استخراج کردند و آن را به حلزون‌های آموزش‌ندیده منتقل کردند.

سپس حیوانات دریافت‌کننده RNA در معرض همان محرک قرار گرفتند.

نتیجه شگفت‌انگیز بود.

حلزون‌هایی که RNA حاصل از حیوانات آموزش‌دیده دریافت کرده بودند، در مقایسه با گروه کنترل، پاسخ دفاعی طولانی‌تر و شدیدتری نشان دادند؛ پاسخی که از نظر رفتاری شبیه اثر حساس‌شدن طولانی‌مدت در حیوانات آموزش‌دیده بود. در مطالعه اصلی، این تغییر رفتاری پس از تزریق RNA مشاهده شد و آزمایش‌های سلولی نیز نشان دادند RNA حاصل از حیوانات آموزش‌دیده می‌تواند تحریک‌پذیری نورون‌های حسی را در شرایط آزمایشگاهی افزایش دهد. (eneuro.org)

به بیان ساده‌تر، حیوان دریافت‌کننده RNA خودش آموزش ندیده بود، اما دریافت RNA باعث شد دستگاه عصبی آن به‌گونه‌ای تغییر کند که گویی بخشی از اثر آموزش را تجربه کرده است.

همین یافته بود که بحثی قدیمی در علوم اعصاب حافظه را دوباره شعله‌ور کرد.

آیا RNA واقعاً حامل حافظه است؟

اینجا باید میان یک تیتر جذاب و یک نتیجه علمی دقیق تفاوت قائل شویم.

مطالعه نشان نداد که یک «فایل حافظه» از مغز یک حیوان به حیوان دیگر منتقل شده است. آنچه پژوهشگران نشان دادند این بود که RNA استخراج‌شده از حیوان آموزش‌دیده می‌تواند در حیوان آموزش‌ندیده یک اثر حافظه‌مانند و تغییرات سلولی مرتبط با حساس‌شدن طولانی‌مدت ایجاد کند.

نویسندگان مقاله این یافته را با یک مدل اپی‌ژنتیک حافظه (Epigenetic Memory) سازگار می‌دانند. بر اساس این دیدگاه، RNA ممکن است با تغییر تنظیم بیان ژن‌ها و فرآیندهای اپی‌ژنتیکی، از جمله متیلاسیون DNA (DNA Methylation)، به ایجاد یا تثبیت تغییرات پایدار در نورون‌ها کمک کند. مطالعه نیز نشان داد که ایجاد حساس‌شدن ناشی از RNA، مانند حساس‌شدن ناشی از آموزش، به متیلاسیون DNA وابسته بود. (eneuro.org)

بنابراین، مسئله اصلی دیگر فقط این نیست که «حافظه در سیناپس ذخیره می‌شود یا در هسته نورون؟» بلکه پرسش پیچیده‌تر این است که حافظه چگونه از تعامل میان تغییرات سیناپسی، فعالیت نورونی، بیان ژن، اپی‌ژنتیک و ساختار سلولی شکل می‌گیرد و پایدار می‌شود؟

جنگ قدیمی بر سر «انگرام حافظه»

یکی از مفاهیم کلیدی در علوم اعصاب حافظه، انگرام (Engram) است؛ یعنی مجموعه تغییرات فیزیکی و زیستی در سیستم عصبی که با ذخیره و بازیابی یک حافظه ارتباط دارند.

برای مدت طولانی، یکی از دیدگاه‌های غالب این بود که تغییرات پایدار در سیناپس‌ها (Synapses) بخش مهمی از بستر فیزیکی حافظه را تشکیل می‌دهند. در این چارچوب، یادگیری موجب تغییر قدرت ارتباط میان نورون‌ها می‌شود و این تغییرات سیناپسی می‌توانند در شکل‌گیری و حفظ حافظه نقش داشته باشند.

اما گروه دیوید گلانزمن در Aplysia بر نقش هسته نورون، بیان ژن و تغییرات اپی‌ژنتیک تأکید کرده است. مقاله سال ۲۰۱۸ نیز یافته‌های خود را با یک مدل غیرسیناپسی و اپی‌ژنتیک برای ذخیره حافظه در این مدل جانوری سازگار دانست. (eneuro.org)

بااین‌حال، این نکته بسیار مهم است که این پژوهش به‌تنهایی ثابت نمی‌کند حافظه «در هسته» ذخیره می‌شود و نه در سیناپس.

امروزه نگاه علمی به حافظه بسیار پیچیده‌تر از یک دوگانه ساده «سیناپس یا هسته» است. حافظه یک پدیده چندلایه است که می‌تواند شامل تغییرات سیناپسی، پروتئین‌سازی، مسیرهای پیام‌رسانی داخل سلولی، تغییرات کروماتین، متیلاسیون DNA، RNAهای غیرکُدکننده (Non-coding RNAs)، تغییرات تحریک‌پذیری نورون و بازآرایی شبکه‌های عصبی باشد.

از این منظر، یافته‌های Aplysia بیش از آنکه یک پاسخ نهایی باشند، یک پرسش بزرگ‌تر را مطرح می‌کنند.

RNA چگونه می‌تواند بر حافظه اثر بگذارد؟

RNA تنها یک واسطه ساده میان DNA و پروتئین نیست.

امروزه می‌دانیم انواع مختلف RNA، از جمله microRNA، long non-coding RNA و سایر RNAهای غیرکُدکننده، می‌توانند در تنظیم بیان ژن و فرآیندهای سلولی نقش داشته باشند.

در زمینه یادگیری و حافظه، این مولکول‌ها می‌توانند بر شبکه‌های مولکولی اثر بگذارند که در پلاستیسیته سیناپسی، تحریک‌پذیری نورونی، بیان ژن و تثبیت حافظه بلندمدت مشارکت دارند.

در پژوهش Aplysia نیز نویسندگان احتمال دادند که RNAهای موجود در نمونه استخراج‌شده، از طریق ایجاد تغییرات اپی‌ژنتیک، بتوانند بخشی از حالت زیستی مرتبط با آموزش را در حیوان دریافت‌کننده ایجاد کنند. (eneuro.org)

این موضوع، RNA را به یکی از بازیگران جذاب در مرز مشترک نوروساینس، اپی‌ژنتیک، زیست‌شناسی مولکولی و حافظه تبدیل می‌کند.

آیا می‌توان خاطرات انسان را با RNA منتقل کرد؟

اینجاست که باید از هیجان فاصله بگیریم.

خیر؛ این مطالعه چنین چیزی را نشان نداده است.

نمی‌توان RNA یک انسان را از مغز او استخراج کرد و با تزریق آن به فرد دیگری، خاطرات، مهارت‌ها، شخصیت یا تجربیات او را منتقل کرد.

حتی در Aplysia نیز آنچه منتقل شد یک حافظه پیچیده نبود، بلکه نوعی اثر رفتاری مرتبط با حساس‌شدن طولانی‌مدت بود.

فاصله میان این پدیده و حافظه‌های پیچیده انسانی بسیار عظیم است.

حافظه انسانی حاصل فعالیت شبکه‌های گسترده عصبی در ساختارهایی مانند هیپوکامپ، قشر مغز، آمیگدال و سایر مدارهای عصبی است و انواع مختلفی از حافظه نیز وجود دارند؛ از حافظه اپیزودیک و معنایی گرفته تا حافظه رویه‌ای و هیجانی.

بنابراین، انتقال یک پاسخ ساده در Aplysia را نمی‌توان با انتقال خاطره یک سفر، چهره یک عزیز یا یک تجربه دردناک در انسان مقایسه کرد.

اما اهمیت این کشف برای آلزایمر و PTSD چیست؟

ارزش واقعی این پژوهش شاید در این باشد که مسیرهای جدیدی برای مطالعه زیست‌شناسی حافظه باز می‌کند.

اگر دانشمندان بتوانند دقیق‌تر مشخص کنند که RNAها چگونه بیان ژن، متیلاسیون DNA و تحریک‌پذیری نورون را در ارتباط با یادگیری تغییر می‌دهند، ممکن است در آینده به اهداف درمانی جدیدی برای اختلالات عصبی دست پیدا کنند.

در بیماری‌هایی مانند آلزایمر (Alzheimer’s disease)، مسئله از دست رفتن و اختلال در دسترسی به حافظه با تغییرات پیچیده مولکولی و شبکه‌ای همراه است. در اختلال استرس پس از سانحه (PTSD) نیز خاطرات و تداعی‌های هیجانی می‌توانند به شکل غیرطبیعی پایدار و مزاحم باقی بمانند.

ازاین‌رو، شناخت مکانیسم‌های مولکولی تثبیت، بازفعال‌سازی و تغییرپذیری حافظه می‌تواند در بلندمدت برای توسعه رویکردهای درمانی اهمیت داشته باشد.

اما باید تأکید کرد که چنین کاربردهایی هنوز در قلمرو پژوهش بنیادی قرار دارند و این آزمایش به هیچ عنوان به معنای وجود یک درمان مبتنی بر RNA برای آلزایمر یا PTSD نیست.

شاید مهم‌ترین پیام این آزمایش، نه «انتقال حافظه»، بلکه تغییر نگاه ما به حافظه باشد

پژوهش Aplysia یک واقعیت مهم را به ما یادآوری می‌کند: حافظه احتمالاً یک «شیء» نیست که در یک نقطه مشخص از مغز قرار گرفته باشد.

حافظه، حاصل تغییرات پویا و چندسطحی در سیستم عصبی است؛ تغییراتی که از مولکول‌ها و بیان ژن آغاز می‌شوند، در سطح نورون و سیناپس ادامه پیدا می‌کنند و در نهایت در مدارهای عصبی و رفتار خود را نشان می‌دهند.

RNA ممکن است یکی از حلقه‌های این زنجیره باشد؛ نه یک «فلش مموری زیستی» که خاطرات را از مغزی به مغز دیگر منتقل کند.

اهمیت مطالعه گلانزمن و همکاران دقیقاً در همین نکته است. آنها نشان دادند که مولکول‌های استخراج‌شده از سیستم عصبی یک حیوان آموزش‌دیده می‌توانند در حیوان دیگر، تغییراتی ایجاد کنند که با یک شکل ساده از حافظه بلندمدت ارتباط دارد. (eneuro.org)

اما علم با یک آزمایش به پایان نمی‌رسد.

پرسش‌های بسیار مهم‌تری باقی مانده‌اند: کدام RNAها مسئول این اثر هستند؟ آیا RNA مستقیماً تغییرات اپی‌ژنتیک را ایجاد می‌کند؟ نقش متیلاسیون DNA دقیقاً چیست؟ این فرآیند چگونه به تغییر تحریک‌پذیری نورون منجر می‌شود؟ آیا این سازوکار در گونه‌های پیچیده‌تر نیز وجود دارد؟ و مهم‌تر از همه، این مکانیسم چه نسبتی با انگرام‌های حافظه در مغز پستانداران دارد؟

پاسخ به این پرسش‌ها می‌تواند یکی از جذاب‌ترین مسیرهای پژوهش در نوروساینس مولکولی و علوم اعصاب شناختی باشد.

از حلزون دریایی تا راز حافظه انسان

شاید یک حلزون دریایی با تنها حدود ۲۰ هزار نورون نتواند خاطرات پیچیده انسانی را در خود جای دهد؛ اما همین دستگاه عصبی ساده، به دانشمندان اجازه داده است یکی از پیچیده‌ترین پدیده‌های زیستی جهان را از زاویه‌ای متفاوت بررسی کنند.

آیا RNA می‌تواند بخشی از اطلاعات لازم برای ایجاد یک حالت حافظه‌ای را حمل کند؟

پژوهش سال ۲۰۱۸ پاسخی هیجان‌انگیز اما هنوز ناقص به این پرسش ارائه کرد: RNA می‌تواند یک اثر حافظه‌مانند مرتبط با حساس‌شدن طولانی‌مدت را در Aplysia القا کند.

این نتیجه نه پایان معمای حافظه، بلکه آغاز فصل تازه‌ای از آن است.

و شاید بزرگ‌ترین درس این پژوهش همین باشد:

برای فهمیدن اینکه خاطرات چگونه در مغز باقی می‌مانند، گاهی لازم نیست از پیچیده‌ترین مغز جهان شروع کنیم؛ ممکن است پاسخ یکی از بزرگ‌ترین رازهای علوم اعصاب، از دستگاه عصبی ساده یک حلزون دریایی آغاز شود.

نکته علمی مهم برای مقاله: بهتر است به‌جای ادعای قطعی «انتقال خاطرات از مغز یک حلزون به حلزون دیگر»، از عبارت دقیق‌تر «انتقال یک اثر حافظه‌مانند با RNA» استفاده شود. مقاله اصلی نیز نتیجه را در چارچوب long-term sensitization و epigenetic engram گزارش کرده است؛ این دقت علمی برای مخاطب متخصص علوم اعصاب بسیار مهم است.