Unul dintre oamenii de știință care studiază mecanismele fiziologice ale procesului de memorare este câștigătorul Premiului Nobel Eric Kandel . În experimentele sale, el a studiat molusca Aplysia . El a optat pentru aceasta, deoarece a pornit de la presupunerea că nu există diferențe fundamentale între neuroni și sinapse la oameni și nevertebrate . În plus, Aplysia are câteva avantaje importante:
1) sistemul nervos Aplysia este format din aproximativ 20.000 de neuroni (în timp ce la mamifere sunt zeci de miliarde);
2) multe dintre ele sunt foarte mari (până la 1 mm în diametru);
3) Neuronii sunt adesea colorați în culori diferite și ocupă o poziție strict definită în ganglionii nervoși, astfel încât să poată fi ușor identificați individual.
Pentru cercetare s-a ales unul dintre reflexele de protecție: reflexul de retragere branhială la atingerea sifonului . Când animalul este în repaus, branhiile sunt acoperite cu o bucată de piele care se termină într-un sifon. Când sunt iritate, branhiile și sifonul sunt ascunse în cavitatea mantalei . Există trei tipuri principale de învățare: creșterea sensibilității ( sensibilizarea ), dependența (obișnuirea) și condiționarea clasică (pavloviană) (dezvoltarea unui reflex condiționat ). În experimentele cu Aplysia, toate aceste forme au fost studiate, dar sensibilizarea, în care animalul începe să reacționeze mai puternic la stimularea externă, a fost studiată în detaliu. Cu o atingere a sifonului, branhiile se ascunde puțin în cavitatea mantalei, iar dacă înainte a fost făcută o injecție în „coada” (spatele piciorului) a Aplysiei, branhiul este atras mai puternic și mai mult timp. timp. Circuitul reflex al acestui reflex este format din 24 de neuroni senzoriali și șase neuroni motori branhiali.
Cercetările lui Kandel au arătat că învățarea are loc ca urmare a schimbărilor în puterea conexiunilor sinaptice dintre celule (o modificare a puterii conexiunilor sinaptice este o modificare a cantității de neurotransmițător eliberat în fanta sinaptică la o anumită putere de stimulare). Se modifică heterosinaptic, adică puterea sinapsei este modificată de celulele modulatoare. Aceeași legătură sinaptică poate fi modificată (întărită sau slăbită) în diferite forme de învățare: obișnuirea duce la o slăbire a conexiunilor dintre neuronii senzoriali și efectorii lor, motoneuroni și interneuroni. Sensibilizarea conduce la amplificarea acelorași seturi de compuși.
La o singură sinapsă, modificarea puterii conexiunii ( plasticitatea sinaptică ) poate fi pe termen scurt sau pe termen lung. Depinde de numărul de repetări ale stimulului de învățare (înțepătură în picior). Memoria pe termen lung se bazează nu numai pe o creștere a forței sinaptice, ci și pe o creștere a numărului de conexiuni sinaptice.
S-a constatat că în timpul dependenței, cantitatea de mediator glutamat eliberată în neuronul senzorial scade. S-a dovedit că modulatorul forței sinaptice este serotonina , care eliberează un interneuron modulator atunci când piciorul este iritat. Odată cu eliberarea sa, eliberarea mediatorului crește și crește concentrația de cAMP în neuronul senzorial care acționează asupra neuronului motor branhial. La efectuarea mai multor experimente, s-a dovedit că introducerea cAMP în neuronul senzorial crește, de asemenea, eliberarea mediatorului.
Cu o sensibilizare pe termen scurt (de la minute la ore), un singur impact asupra „cozii” Aplysiei determină o eliberare temporară de serotonină. Serotonina acționează asupra receptorului de serotonină membranar pentru a activa proteina G , care activează adenilat ciclaza . Sintetizează cAMP , care activează protein kinaza A (PKA). La activare, subunitățile reglatoare ale PKA legate de cAMP sunt separate de subunitățile catalitice. Subunitățile catalitice PKA acționează asupra canalelor de potasiu, în timp ce ionii K + părăsesc neuronul senzorial mai lent în timpul fazei de descreștere a potențialului de acțiune, iar ionii Ca 2+ intră în celulă în cantități mai mari. Rezultatul este că mai mult mediator este eliberat. Durata acestor procese corespunde memoriei pe termen scurt.
Sensibilizarea pe termen lung a reflexului branhial Aplysia duce la două tipuri principale de modificări ale neuronilor senzoriali: 1) Activitate susținută a PKA; 2) O creștere a numărului de conexiuni sinaptice cu un neuron motor. Odată cu stimularea repetată a „cozii”, nivelul cAMP crește și rămâne neschimbat timp de câteva minute. În acest timp, subunitățile catalitice PKA au timp să se deplaseze în nucleu împreună cu protein kinaza care activează mitogenul (MAPK). În nucleu, PKA și MAPK fosforilează și activează proteina CREB-1 ( factor de transcripție ) și suprimă acțiunea CREB-2, un inhibitor al CREB-1. Ulterior, CREB-1 activează mai multe gene de răspuns timpuriu. Unul dintre ele codifică ubiquitin-C-hidrolaza, ceea ce duce la o scindare controlată a subunităților reglatoare ale proteinei kinazei A. Aceasta duce la o activitate constantă a PKA, ca urmare a căreia subunitățile catalitice acționează asupra K + pentru un timp mai îndelungat , Ca 2+ intră mai mult în neuron în concentrații mari. Mediatorul iese mai mult în evidență. Adesea are loc o creștere a numărului de sinapse, zona lor, ceea ce duce și la o eliberare mai mare a neurotransmițătorului. Creșterea sinapselor este asociată cu activarea genelor de răspuns tardiv, care sunt responsabile pentru proteinele codificate de alte gene de răspuns timpuriu.
http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2000/kandel-lecture.pdf