Упознајте двојицу научника који су импластирали лажну меморију у миша

Био је дан прије Божића, а нормално заузета лабораторија МИТ-а у улици Вассар у Цамбридгеу била је тиха. Али створења су се дефинитивно узбунила, укључујући миша који би ускоро био светски познат.

Повезана читања

Сунчање са Еинстеином: Уметност и наука о сећању свега

Купи

Сличан садржај

• Мозак имплантати могу бити у стању да шокирају оштећене успомене натраг у облик

Тада Стеве Рамирез, тада 24-годишњи докторски студент, ставио је миша у малу металну кутију са црним пластичним подом. Уместо да радознало њушка около, животиња се у тренутку ужаснула од ужаса, подсећајући на искуство примања шока стопала у тој истој кутији. Био је то реакција из страха из уџбеника, и ако ништа друго, држање миша било је ригидније него што је Рамирез очекивао. Сећање на трауму мора да је било прилично живо.

Што је било невероватно, јер је сећање било лажно: Миш никада није примио струјни удар у тој кутији. Уместо тога, реаговала је на лажно сећање које су Рамирез и његова колега с МИТ-а Ксу Лиу засадили у мозак.

„Сретан божићни божић“, прочитајте линију теме е-поште коју је Рамирез упутио Лиу, који је провео одмор 2012. у националном парку Иосемите.

Посматрање је кулминирало више од две године дуготрајног истраживачког напора и подржало изванредну хипотезу: Не само да је било могуће идентификовати ћелије мозга укључене у кодирање једне меморије, већ су се тим одређеним ћелијама могло манипулисати да се створи потпуно нова "Сећање" на догађај који се никада није догодио.

„То је фантастичан подвиг, “ каже Ховард Еицхенбаум, водећи истраживач сећања и директор Центра за неурознаност на Бостон Универзитету, где је Рамирез радио на додипломском раду. „То је прави пробој који показује снагу ових техника за решавање основних питања о томе како мозак делује.“

Пробором неурознаности, двојац им је имплантирао лажно памћење у миша

Изгледи да се тачно искомбинује сећање, годинама су мучили научнике. „Многи људи су размишљали у складу с тим“, каже Схеена Јосселин, старији неурознанственик из Болнице за болесну децу у Торонту, која проучава ћелијске подлоге сећања, „али нису ни сањали да ће ти експерименти заиста успети. Нико никада није помислио да то стварно можете, заиста. "

Осим Рамиреза и Луа. Њихов рад покренуо је нову еру у истраживању памћења и једног дана могао би довести до нових лечења за медицинске и психијатријске невоље, попут депресије, пост-трауматског стресног поремећаја и Алзхеимерове болести. „Небо је сада заиста граница“, каже Јосселин.

Иако је досад рађен посао на лабораторијским мишевима, открића дуета отварају дубљу линију размишљања о људској природи. Ако се памћењем може манипулирати вољом, шта значи имати прошлост? Ако можемо да избришемо лоше памћење или створимо добро, како развијамо истински осећај себе? "Сећање је идентитет", пише британски аутор Јулиан Барнес у свом мемоару Ништа се не треба бојати. „Ти си оно што си урадио; оно што сте урадили остаје вам у памћењу; оно што памтиш дефинише ко си. "

***

Научници питају: Можемо ли интервенирати у депресивном стању реактивирањем позитивних успомена? (Ирвин Серрано) Отприлике 5 процената од милион ћелија зубног густера је активно када миш кодира меморију неког места. Овде су активне ћелије ружичасте и наранџасте боје. (Ксу Лиу и Стеве Рамирез) У овом погледу мозга миша ћелије које Стеве Рамирез и Ксу Лиу могу да контролишу светлошћу изгледају црвено. Остале активне ћелије су зелене боје. (Стеве Рамирез и Ксу Лиу) Ћелије активне током једне меморије често се разликују у својој активности гена, црвеној у односу на зелену. Разумевање разлика може повећати ефикасност манипулације меморијом. (Стеве Рамирез и Ксу Лиу) На овој слици ћелије у мозгу миша су означене према старости. Ћелије млађе од три недеље, црвене, једва су активне током формирања меморије. (Стеве Рамирез и Ксу Лиу)

„Увек сам био задивљен нивоом контроле који наука може имати над светом“, каже Рамирез, који је као дете скупљао камење и сећа се да је био запањен како су у ствари постојали начини како да схвате колико су старе стене. „Пример је до сада баналан, “ каже он, „али као врсту стављамо некога на Месец. И махом смо смислили како да искоријенимо ствари попут малих богиња, ствари које не можете видјети, о чијем постојању морате закључити из индиректних мјерења, све док вам микроскопи не постану довољно добри. “

Оно што су Рамирез, који сада има 26 година, и Лиу (36), могли су да виде и контролишу лепршаве групе неурона, познате као енграми, где су смештена појединачна сећања. Удруживши се крајем 2010. године, неколико месеци након што је Рамирез започео дипломски рад на МИТ-у, двојица су осмислила сложени нови метод за истраживање живих мозгова у деловању, систем који комбинује класичну молекуларну биологију и ново поље оптогенетике, у коме су ласери су распоређени да стимулишу ћелије које су генетски изграђене да буду осетљиве на светлост.

Наоружани најсавременијим алатима и уз подршку МИТ-а Сусуму Тонегава, нобеловца за свој рад у имунологији, чији су лабораториј били део, Рамирез и Лиу кренули су у потрагу која је резултирала двема значајним студијама објављеним 16 месеци осим тога, леђа сјаја од леђа до леђа која су побољшала наше разумевање памћења на ћелијском нивоу. Рамирез описује своја открића, као што готово све ради, обиљем: „Први папир је био као да хвата муњу у боцу, а други папир као да муње два пута удари у исто место.“

Увод: Како су Рамирез и Лиеу створили лажно памћење у лабораторијском мишу. (5В Инфограпхицс)

У првој студији, објављеној у Натуреу у марту 2012, Рамирез и Лиу су идентификовали, обележили и затим реактивирали мали скуп ћелија који кодирају памћење страха од миша, у овом случају сећање на окружење у којем је миш доживео шок од стопала. Подвиг пружа снажне доказе за дуготрајну теорију да су сјећања кодирана у енграмима. Већина претходних покушаја укључивала је праћење или хемијске или електричне активности можданих ћелија током формирања меморије. Рамирез и Лиу одбацили су те методе као превише нетачне. Уместо тога, саставили су прилагођени скуп техника којима ће станице мозга миша да постану у њиховом циљном подручју (део хипокампуса званог дентати гирус) осетљиви на светлост.

Радећи са специјализованом пасмином лабораторијских мишева са генским инжењерингом, тим је убризгао дентатни гирус са биохемијским коктелом који укључује ген за протеин осетљив на светлост, каналходопин-2. Активне ћелије зрелих дентаната - оне које учествују у формирању памћења - производиле би протеин, постајући тако саме осетљиве на светло. Идеја је била да се након кодирања меморије може поново активирати затварањем тих ћелија ласером.

Да би то постигли, Рамирез и Лиу хируршки су уградили танке нити из ласера ​​кроз лобање мишева и у зубан зуб. Поновно активирање меморије и њен одговарајући одговор на страх био је једини начин да се докаже да су заиста идентификовали и обележили енграм. Истраживачи су жртвовали животиње након експеримента и прегледали мождано ткиво под микроскопом да би потврдили постојање енграма; ћелије које учествују у специфичној меморији су постале зелене после третирања хемијским супстанцама које су реаговале са каналдопсин-2.

Кад су Рамирез и Лиу погледали лечене неуроне микроскопом, „била је попут звездане ноћи“, каже Лиу, „где можете видети појединачне звезде.“ Иако су ове активне ћелије биле само део широко дистрибуираног шема стопала, њихово поновно активирање било је довољно да изазове страх.

Следећи корак је био манипулација одређеним енграмом како би се створила лажна меморија, елегантан експеримент детаљан у Рамирез-овом и Лиу-овом другом раду, објављеном у Сциенце-у у јулу 2013. Припремили су миша, убризгавајући биохемијски коктел у зубни зуб. Затим су ставили миш у кутију, а да је нису шокирали. Док је животиња провела 12 минута истражујући, сећање на ово бенигно искуство било је кодирано као енграм. Следећег дана миш је смештен у другу кутију, где је његова меморија првог (сигурног) кутија била активирана пуцањем ласера ​​у дентати гирус. У том тачном тренутку миш је задобио шок од стопала. Трећег дана миш је враћен у сеф и одмах се смрзнуо од страха. Тамо никада није добио шок од стопала, али лажно памћење, које су истраживачи створили у другој кутији, натерало је да се понаша као да га има.

Није било шансе да је миш могао да погреши једну кутију за другом: били су различитих облика и боја и имали су различите мирисе. Рамирез и Лиу су такође користили више контролних група - искључујући могућност да је блиц самог ласера ​​а не активирање енграма изазвао реакцију страха следећег дана, на пример. Они су заиста створили успомену.

***

Најава је произвела бес вест у медијима. „Научници прате успомене на ствари које се никада нису догодиле“, прочитали су наслов у Њујорк Тајмсу . Рамирез и Лиу су се пробудили усред ноћи да би радили интервјуе на европском радију. Лиуови родитељи, опет у Кини, читали су о његовим достигнућима на мрежи. Јавна фасцинација улогом лажног сећања у кривичним суђењима (висок, тамнокоси пљачкаш банке, који је очевидац видео, био је заправо кратак и ћелав) помогао је у покретању приче. Али без сумње, претензија научне фантастике учинила га је посебно фасцинантним. Многима се чинило да потврђују познате (и застрашујуће) идеје из филмова попут Инцептион и Етернал Сунсхине оф Спотлесс Минд . Ништа није као што се чини; стварност је само сан; коме ћете веровати, мени или вашим лажљивим очима?

За неурознанственике, откриће Рамиреза и Луа било је сасвим упадљиво. „За мене је оно што их је учинило успешним била њихова неустрашивост“, каже Јосселин. "Могли сте замислити све ствари које могу поћи по злу, али ови момци су ушли унутра, имали су најбоље алате, применили су најбољу врсту ума ума." Еицхенбаум се слаже да су млади научници "изашли на уд" и узели главни ризик у каријери. „Могли су провести три године и завршили су са тим да немају шта да покажу“, каже он.

Проведите мало времена око Рамиреза и Лиуа и врло брзо осетите њихов узбудљив став. Они долазе из различитих света - Лиу је рођен и одрастао у Шангају, син оца хемијског инжењера и мајке која је радила на железници, а Рамирезови родитељи су избегли грађански рат у Ел Салвадору 1980-их и настанили се у Еверетту, Массацхусеттс - али њихове добро усклађене личности нису случајне. У јесен 2010. године, док је Лиу интервјуисао потенцијалне партнере како би са њим истраживао мистерије сећања, прво се концентрисао на научну експертизу. Али како је време пролазило, на врх своје листе жеља ставио је другачији атрибут - срећу. "Ако ћете сарађивати са људима, желите да сарађујете са срећним људима", каже Лиу. „А Стеве је један од најсрећнијих момака које сам икад видео.“ Такође је и говорник о брзини, који у сваки дах увуче гомилу речи. „Не може престати да говори“, шали се Лиу. "Иначе ће умрети."

***

Кад је Рамирез био млад, са оцем је често ишао у лабораторију за животиње на Харварду, који је тамо почео да чисти кавезе и чисти под, а касније је постао главни техничар за животиње. Током посете лабораторију Рамирез је видео лампе, нојеве и друга створења, и „људи који раде цоол ствари са животињама, вршећи мерења и ствари“. Сматра да је „ненамјерно нешто апсорбовао“ што га је помогло да га гурне ка науци.

Али мозак је тај посао закључио. „Било да је ријеч о сонету, или одласку некога на Мјесец или о проналажењу биолошких молекула живота, све је то био производ мозга, неуронске активности“, каже Рамирез, описујући како су његови широки интереси - у Схакеспеареу, инжењерству, биологија и друго - коначно су га одвели до неурознаности. "Зашто не проучити оно што је све произвело?"

Лиу је такође демонстрирао научно савијен у раном животу. И док он сигурно није први научник који је дјетињство провео скупљајући бубе, Лиуова посвећеност била је препознатљива. Одгајао је породице дугогодишњака, имао пуно сјајних буба и држао скакаве у сићушним кавезима. Обично је хранио скакаве едамаме, али открио је да љута паприка изазива занимљиву реакцију. „Певали би још више“, каже он. Након студија биологије на додипломском студију на Универзитету Фудан у Шангају, Лиу је докторирао на Медицинском факултету Баилор, студирајући памћење на воћној мушици.

Као тинејџер бавио се научном фантастиком и написао роман под називом Изазов . Радило се о будућности у којој се спортисти више не такмиче директно једни против других, већ су подвргнути разним објективним мерењима перформанси или физиологије: брзина, снага, капацитет плућа и тако даље. Херој се жели вратити стварној конкуренцији и обновити немерљиве факторе среће и шансе.

Једног дана овог пролећа, док је Лиу набрајао многе ствари које су могле поћи по злу у његовом раду са Рамирезом - могле би да их победе до побједе од стране супарничког тима, могли су да одаберу погрешан део мозга на нулу даље - рекао је да је уверен да је срећа играла улогу у њиховом успеху. Ако је тако, рекао сам, тада је његов рад као одрасла особа достављен на тему његовог дечачког романа. "То је невероватно", рекао је после дуге тишине. "Никада нисам направио везу између књиге и овог дела, али мислим да сте у праву."

Више од две десетине лабораторија широм света развијају пројекте који ће се надоградити на Рамирезова и Лиуова истраживања. Еицхенбаум је, на пример, заинтересован да репродукује веће искуство, меморију која се јавља током времена, попут навигације лавиринтом.

У време када недостају третмани за многе озбиљне менталне болести, потенцијалне клиничке примене модификације памћења су примамљиве. "Ово је нека врста луде", каже Јосселин, чији се рад фокусира на Алзхеимерову болест и друге поремећаје повезане са памћењем, "али можда неко са Алзхеимеровом болешћу ... можда можемо смислити третман да само уђемо и урадимо оно што су ти момци урадили у својим радовима и на неки начин вештачки активирају ове ћелије, појачавају активацију и боље сећање памте. "

У другој теоријској примјени, ПТСП би могао бити ублажен поновљеним активирањем лошег памћења како би се показало да меморија сама по себи није штетна, или брисањем трауматичних компоненти одређеног лошег памћења, или замјеном са позитивним. Надолазећи на Рамирез и Лиуов рад, други у лабораторији у Тонегави учинили су управо то код мушких мишева почетком ове године, претварајући негативно памћење удара стопала у позитивно сећање на сусрет са женском мишом.

Рамирез, који завршава докторски студиј на МИТ-у, и Лиу, који је упућен на Универзитет Северозапад, да би покренуо сопствену лабораторију, недавно су се поставили још једног великог питања памћења: Можемо ли да живимо у депресивном стању реактивирањем позитивних сећања? Чини се да је одговор да. Они проучавају мишје моделе анхедоније или губитка интересовања за задовољство, симптом депресије. Експериментални мишеви изложени стресу док више не траже задовољство (као што је гутљај шећерне воде) поврате своје интересе када се поновно активирају програми за пријатна искуства. Досадашња стопа успеха је 80 одсто.

"Зато што постоји доказ принципа да можемо вештачки реактивирати сећања и створити лажна сећања у животињама", каже Рамирез, "једини скок који остаје између људи и људи је управо технолошка иновација."

Шта је са етичким проблемима манипулације памћењем? Патрициа Цхурцхланд, професорица са УЦ Сан Диего и ауторица Тоуцхинг а Нерве: Себство као мозак, каже да терапија ове врсте неће бити тако дубока промена као што се чини. Људска сећања, нетачна и лабилна за почетак, већ су дуго мета интервенције, од когнитивно-бихевиоралне терапије до електрошока до лекова. Лијечење стања попут депресије на енграм нивоу „континуирано је с оним што већ радимо“, каже Цхурцхланд, водећи филозоф неурознаности.

Рамирез верује да је операција памћења неизбежна, мада постоји пуно питања која треба решити. Како се то могло безбедно урадити? Неинвазивно? Етички? Како ће бити изабрани пацијенти? Колико год болно било срце, већина нас такође препознаје да је то природан, чак и здрав део дела. Дечак из средње школе који се тек раскинуо са својом девојком можда није добар кандидат за операцију памћења. Али људи са деменцијом или озбиљном депресијом - да ли би било нехумано не олакшати им патњу ако је могућа ефикасна, сигурна интервенција памћења?

Напади које су Рамирез и Лиу унели у механику сећања отварају широки нови свет могућности које су дубоке, застрашујуће, запањујуће - и хитне. „Морамо јуче започети разговор о томе шта ћемо радити када се то догоди, “ каже Рамирез, „тако да смо спремни и знамо како се носити са тим“.