California Üniversitesi San Diego Tıp Fakültesi’nden araştırmacılar farelerin hafızasını silmeyi ve yeniden canlandırmayı başardılar. 1 Haziran’da Nature’da yayınlanan makaleye göre bu çalışmayla ilk defa seçilen bir hafıza öğesi silindi ve öngörülebilir şekilde nöronların uyarılması ile canlandırıldı. Çalışmada sinaps adı verilen nöronlar arası bağlantıların zayıflatılması ve güçlendirilmesi prensibi kullanıldı, aynı zamanda optogenetikten faydalanıldı. Çalışma hafızanın hücresel altyapısına ışık tutarken, diğer yandan Alzheimer hastalığı tedavisi için de kapı aralıyor.
Çoğu sinir bilimci hafıza oluşumunun sinir hücreleri arasındaki sinaps adı verilen bağlantıların güçlendirilmesiyle alakalı olduğunda uzlaşmaktadır. Bu güçlenmenin uzun süreli potansiyel artışı (long-term potentiation (LTP)) olarak isimlendirilen sinirsel esnekliğin (sinaptik plastisite) bir biçimiyle gerçekleştiği varsayılıyordu, ne yazık ki bu konuda sağlam bir kanıt mevcut değildi.
Yeni araştırma gelişen nöroteknolojiyi kullanarak sadece korku hafızasının oluşumu için LTP ile sinapsların güçlendirilmesinin gerektiğini göstermekle kalmıyor, aynı zamanda bu hafızanın aynı sinapsları zayıflatarak silinebildiğini de gösteriyor.
LTP ilk defa 60’larda Norveçli bilim insanı Terje Lømo tarafından keşfedildi. Lømo tavşan hipokampusundaki sinir hücrelerinin etkinliğini sınamak için elektrot çiftleri kullanıyordu. Lømo bir elektrotu bir bölgedeki hücreleri uyarmak için ve bir diğerini ise komşu alandaki ilintili hücrelerin etkinliğini eş zamanlı ölçmek için kullandı. Lømo elektrikle uyarılan hücrelerin aralarındaki bağlantının güçlendiğini gözledi. Özellikle bir hücre diğeriyle örtüşecek biçimde düzenli ve tekrarlayan yüksek frekanslı uyarıya maruz bırakıldığında aralarındaki iletim daha verimli hale geliyordu, küçük bir ateşleme akabinde diğerinde uzatılmış bir tepki üretiyordu.
Hipokampüsün hafıza için önemi o zamana kadar iyice anlaşılmıştı, ardından LTP keşfedildi, LTP’nin hafızanın hücresel altyapısı olduğu yaygın şekilde öngörüldü ve beyin araştırmalarındaki diğer alanlara kıyasla daha fazla makale üretilerek mekanizması hakkında yoğun biçimde çalışıldı. Bu çalışmaların pek çoğu LTP’nin çeşitli hafıza biçimleriyle ilişkili olduğunu, çeşitli kimyasallarla veya genetik mutasyonlarla mekanizmanın bloke edilmesinin hafıza kayıplarına yol açtığını ortaya koydu. Ancak hiçbiri hafızanın hücresel düzeyde LTP’ye dayandığını doğrudan göstermiyordu. Roberto Malinow ve meslektaşları bu probleme optogenetik olarak isimlendirilen bir teknikle yaklaştılar. Bu teknik Channelrhodopsin olarak adlandırılan ışığa duyarlı proteini kodlayan genin seçilen sinir hücresi gruplarına aktarmayı içeriyor. Böylece ilgili hücreler beynin içine optik lifle gönderilen lazer sinyallerle kayda değer kesinlikle açılabiliyor veya kapatılabiliyorlar.
Araştırmacılar genetik olarak tasarlanmış Channelrhodopsin genini taşıyan virüsü ürettiler ve fare amigdalasında (genelllikle beynin “korku merkezi” olarak bilinir) sesi işleyen hücrelerinin bulunduğu kısmı hedefleyecek şekilde enjekte ettiler. Sonrasında ünlü klasik şartlama metoduyla hayvanlara verilen sesten korkmayı öğrettiler, yalnız küçük bir farkla. Normalde, verilen ses veya başka uyaranlara hafif bir elektrik şoku korkuyu oluşturmak üzere eşlik eder. Böylece fareler kolayca uyaran ve eş zamanlı şok arasındaki bağlantıyı öğrenirler ve sonrasında uyaran tek başına ortaya çıktığında da korku tepkisi verirler.
Malinow ve ekibi korku şartlarını oluşturmak için kullandıkları küçük elektrik şoklarını, ses yerine amigdaladaki sinir hücrelerine yüksek frekansta lazer sinyali verirken uyguladılar. Sonrasında fareler şokla lazer ışığının sinyali arasındaki bağı öğrendiler, böylece sadece ışık sinyallerine de korkuyla tepki verir hale geldiler. Araştırmacılar beyinleri inceledikleri zaman ışık sinyallerinin amigdala LTP’yi tetiklediğini gözlediler.
Dahası, araştırmacılar ışık sinyallerini başka bir örüntüyle gönderdikleri zaman LTD (Long-term depression) olarak isimlendirilen zıt bir mekanizma ile aynı hücrelerdeki LTP’nin ortadan kalktığını gözlediler. Bu farelerin şokla lazer sinyalleri arasındaki bağlantıyı “unutmalarına” ve artık sinyallerden korkmamalarına sebep oldu, ancak bu “silme” geri çevrilebilirdi. Eğer ilk sinyal örüntüsü ikinci kez gönderilirse LTP bir kez daha oluşuyordu ve hafıza bu kez elektrik şoklarına gerek kalmadan yeniden canlanıyordu.
Malinow’un laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan Sadegh Nabavi “Bir hayvanda güçlendirici ve zayıflatıcı frekanslarla korkuyu yaratabiliyor, sonra ortadan kaldırabiliyor ve sonra tekrar korkmasını sağlayabiliyoruz.” diyor. Malinow, Nature muhabirine “Hafızıyla yoyo gibi oynuyorduk.” diyor ve ekibin henüz küçük bir kutlama yaptığını belirtiyor. Üniversitesinde Alzheimer hastalığı araştırmaları ile ilgili bölümde yetkili olan Malinow, beta amiloit polipeptidinin birikimi sonucu oluşan Alzheimer’ın farelerdeki sinaps zayıflaması ile aynı mekanizmayı kullanarak oluştuğunu vurguluyor ve hastalardaki beta amiloit etkisini tersine çevirme potansiyelinin var olduğunu söylüyor.
Kaynaklar
1) Sadegh Nabavi, Rocky Fox, Christophe D. Proulx, John Y. Lin, Roger Y. Tsien and Roberto Malinow. Engineering a memory with LTD and LTP. Nature, 2014 DOI:10.1038/nature13294
2) University of California, San Diego Health Sciences. (2014, June 1). How to erase a memory –- and restore it: Researchers reactivate memories in rats. ScienceDaily. Retrieved June 20, 2014 from www.sciencedaily.com/releases/2014/06/140601150633.htm
3) Costandi, M. Light switches memories on and off . The Guardian. Retrieved June 20, 2014 from http://www.theguardian.com/science/neurophilosophy/2014/jun/03/optogenetic-memory-switch
