Era cu o zi înainte de Crăciun, iar laboratorul MIT obișnuit ocupat pe strada Vassar din Cambridge era liniștit. Dar creaturi se agitau cu siguranță, inclusiv un șoarece care va fi în curând faimos.
Citiri conexe
Moonwalking With Einstein: Arta și Știința de a-și aminti totul
A cumparaContinut Asemanator
- Implanturile cerebrale pot fi capabile să șocheze amintirile deteriorate înapoi în formă
Steve Ramirez, un student de doctorat în vârstă de 24 de ani la acea vreme, a așezat mouse-ul într-o cutie mică de metal cu o podea din plastic negru. În loc să înnebunească în mod curios, totuși, animalul s-a înghețat instantaneu de teroare, amintind de experiența de a primi un șoc la picior în aceeași cutie. A fost un răspuns de frică din manual, și, dacă este ceva, poziția mouse-ului a fost mai rigidă decât se așteptase Ramirez. Amintirea traumei sale trebuie să fi fost destul de vie.
Ceea ce a fost uimitor, pentru că memoria era falsă: mouse-ul nu a primit niciodată o șoc electrică în cutia respectivă. Mai degrabă, reacționa la o falsă amintire pe care Ramirez și colegul său MIT, Xu Liu, i-au plantat-o în creierul său.
„Merry Freaking Christmas”, citiți subiectul e-mailului pe care Ramirez l-a tras pe Liu, care petrecea vacanța din 2012 în Parcul Național Yosemite.
Observația a culminat mai mult de doi ani dintr-un efort de cercetare de lungă durată și a susținut o ipoteză extraordinară: Nu numai că a fost posibilă identificarea celulelor creierului implicate în codificarea unei singure memorii, dar acele celule specifice puteau fi manipulate pentru a crea o cu totul altă „Amintirea” unui eveniment care nu s-a întâmplat niciodată.
„Este o fază fantastică”, spune Howard Eichenbaum, cercetător de memorie și director al Centrului pentru Neuroștiință de la Universitatea Boston, unde Ramirez și-a făcut lucrările de licență. „Este o adevărată descoperire care arată puterea acestor tehnici de a adresa întrebări fundamentale despre modul în care creierul funcționează.”
Într-o descoperire de neuroștiință, duo-ul a implantat o memorie falsă la un mousePerspectiva de a face legătura cu memoria i-a atrăgit pe oamenii de știință de ani de zile. „Mulți oameni se gândeau de-a lungul acestor linii”, spune Sheena Josselyn, un neuroștiințific senior la Spitalul pentru copii bolnavi din Toronto, care studiază bazele celulare ale memoriei, „dar nu au visat niciodată că aceste experimente ar funcționa de fapt. Nimeni nu s-a gândit vreodată că puteți efectiv face acest lucru. ”
Cu excepția lui Ramirez și Liu. Munca lor a lansat o nouă eră în cercetarea memoriei și ar putea duce într-o zi la noi tratamente pentru afecțiuni medicale și psihiatrice, cum ar fi depresia, tulburarea de stres posttraumatică și boala Alzheimer. „Cerul este cu adevărat limita acum”, spune Josselyn.
Deși lucrarea de până acum a fost făcută la șoarecii de laborator, descoperirile duo-ului deschid o linie mai profundă de gândire în natura umană. Dacă amintirile pot fi manipulate după bunul plac, ce înseamnă să ai trecut? Dacă putem șterge o memorie proastă sau o putem crea pe una bună, cum dezvoltăm un adevărat simț al sinelui? „Memoria este identitate”, scrie autorul britanic Julian Barnes în memoriul său Nimic de fi înfricoșat. „Ești ceea ce ai făcut; ceea ce ai făcut este în memoria ta; ceea ce vă amintiți definește cine sunteți. ”
***
Oamenii de știință se întreabă: Putem interveni într-o stare deprimată prin reactivarea amintirilor pozitive? (Irvin Serrano) 
Aproximativ 5% din milionul de celule din girul dentat sunt active atunci când un mouse codifică o memorie a unui loc. Aici, celulele active sunt roz și portocaliu. (Xu Liu și Steve Ramirez) 
În această vedere a creierului mouse-ului, celulele pe care Steve Ramirez și Xu Liu le pot controla cu lumină apar în roșu. Alte celule active sunt în verde. (Steve Ramirez și Xu Liu) 
Celulele active în timpul unei singure memorii diferă adesea în activitatea lor genică, roșu față de verde. Înțelegerea diferențelor ar putea spori eficacitatea manipulării memoriei. (Steve Ramirez și Xu Liu) 
Celulele din creierul mouse-ului sunt etichetate în funcție de vârsta lor în această imagine. Celulele mai mici de trei săptămâni, în roșu, abia sunt active în timpul formării memoriei. (Steve Ramirez și Xu Liu) „Am fost întotdeauna uimit de nivelul de control pe care știința îl poate avea asupra lumii”, spune Ramirez, care a colectat roci ca un copil și își amintește că a fost uluit că, de fapt, existau modalități de a înțelege cât de vechi erau rocile. „Exemplul este banal până acum”, spune el, „dar ca specie am pus pe cineva pe Lună. Și ne-am gândit în cea mai mare parte cum să eradicăm lucruri precum variola, lucruri pe care nu le puteți vedea, a căror existență trebuie să deduceți din măsurători indirecte, până când microscopurile dvs. vor fi destul de bune. "
Ceea ce Ramirez, acum de 26 de ani și Liu, de 36 de ani, au reușit să vadă și să controleze sunt grupările pâlpâitoare de neuroni, cunoscute sub numele de engramuri, în care sunt stocate amintiri individuale. Împreună cu forțele la sfârșitul anului 2010, la câteva luni după ce Ramirez și-a început activitatea de absolvire la MIT, cei doi bărbați au conceput o metodă nouă și elaborată pentru explorarea creierelor vii în acțiune, un sistem care combină biologia moleculară clasică și domeniul emergent al optogeneticii, în care laserele sunt dislocate pentru a stimula celulele proiectate genetic pentru a fi sensibile la lumină.
Înarmat cu instrumente de ultimă generație, și susținut de Susumu Tonegawa, laureat Nobel pentru munca sa în imunologie din laboratorul din care făceau parte, Ramirez și Liu s-au angajat într-o căutare care a dus la două studii de reper publicate 16 luni. în afară de, străluciri din spate, care ne-au avansat înțelegerea memoriei la nivel celular. Ramirez descrie descoperirile, așa cum face aproape totul, cu exuberanță: „Prima hârtie a fost ca prinderea fulgerului într-o sticlă, iar a doua hârtie a fost ca fulgerul lovind același loc de două ori.”
Inițiere: Cum Ramirez și Lieu au creat o memorie falsă într-un mouse de laborator. (Infografie 5W) În primul studiu, publicat în Nature în martie 2012, Ramirez și Liu au identificat, etichetat și apoi reactivat un mic grup de celule care codifică memoria fricii unui mouse, în acest caz o amintire a unui mediu în care mouse-ul a primit un șoc la picior. Proiectul oferă dovezi puternice pentru teoria îndelungată potrivit căreia amintirile sunt codificate în engramuri. Majoritatea încercărilor anterioare au implicat urmărirea fie a substanței chimice, fie a activității electrice a celulelor creierului în timpul formării memoriei. Ramirez și Liu au respins acele metode ca fiind prea inexacte. În schimb, au asamblat un set de tehnici personalizate pentru a face celulele creierului mouse-ului în zona lor țintă (o parte a hipocampului numită gyrusul dentat) sensibile la lumină.
Lucrând cu o rasă specializată de șoareci de laborator concepuți genetic, echipa a injectat gyrusul dentat cu un cocktail biochimic care a inclus o genă pentru o proteină sensibilă la lumină, channelrhodopsin-2. Celulele dentare active din girus - cei care participă la formarea memoriei - ar produce proteina, devenind astfel ele însele sensibile la lumină. Ideea era că, după ce memoria a fost codificată, aceasta ar putea fi reactivată prin zappingarea celulelor cu un laser.
Pentru a face acest lucru, Ramirez și Liu au implantat chirurgical filamente subțiri din laser prin craniile șoarecilor și în girul dentat. Reactivarea memoriei - și răspunsul la frica asociată a acesteia - a fost singura modalitate de a demonstra că au identificat și etichetat de fapt o engramă. Cercetătorii au sacrificat animalele după experiment și au examinat țesuturile creierului la un microscop pentru a confirma existența engramelor; celulele implicate într-o memorie specifică au strălucit verde după tratamentul cu substanțe chimice care au reacționat cu channelrhodopsin-2.
Când Ramirez și Liu au privit neuronii tratați la microscop, „a fost ca o noapte înstelată”, spune Liu, „unde puteți vedea stele individuale”. Deși aceste celule active erau doar o parte a unui engram de șoc picior distribuit pe scară largă, reactivarea lor a fost suficientă pentru a declanșa un răspuns de teamă.
Următorul pas a fost manipularea unui engram specific pentru a crea o memorie falsă, un experiment elegant detaliat în cea de-a doua lucrare a lui Ramirez și a lui Liu, publicat în Science în iulie 2013. Au pregătit mouse-ul, injectând cocktailul biochimic în gyrusul dentat. În continuare, au pus mouse-ul într-o cutie, fără să-l șocheze. În timp ce animalul a petrecut 12 minute explorând, o amintire a acestei experiențe benigne a fost codată ca un engram. A doua zi, mouse-ul a fost plasat într-o altă cutie, unde memoria sa a fost declanșată prima cutie (sigură) prin tragerea laserului în gyrusul dentar. În acel moment exact, șoarecele a primit un șoc la picior. În a treia zi, mouse-ul a fost returnat în cutia de siguranță - și a înghețat imediat de teamă. Nu a primit niciodată un șoc picior acolo, dar memoria sa falsă, creată de cercetătorii dintr-o altă cutie, a determinat-o să se comporte ca și cum ar fi avut-o.
Nu exista nicio șansă ca mouse-ul să fi greșit o cutie cu alta: erau forme și culori diferite și aveau parfumuri diferite. Ramirez și Liu au folosit, de asemenea, mai multe grupuri de control - excludând posibilitatea ca flash-ul laserului în sine și nu activarea engramului să provoace reacția de teamă a doua zi. Creaseră într-adevăr o amintire.
***
Anunțul a generat o frenezie a presei. „Oamenii de știință urmăresc amintiri despre lucruri care nu s-au întâmplat niciodată”, a citit titlul în New York Times . Ramirez și Liu s-au trezit în toiul nopții pentru a face interviuri în direct la radio europeană. Părinții lui Liu, din China, au citit despre realizările sale online. Fascinația publică pentru rolul memoriei false în procesele penale (tâlharul bancar cu părul întunecat pe care martorul ocular îl vedea a fost de fapt scurt și chel) a ajutat la conducerea poveștii. Însă fără îndoială că descărcările de science-fiction au făcut-o în special fascinantă. Mulți păreau să confirme idei familiare (și înfricoșătoare) din filme precum Inception și Eternal Sunshine of the Spotless Mind . Nimic nu este așa cum pare; realitatea nu este decât un vis; în cine vei avea încredere, eu sau ochii tăi mincinoși?
Pentru neuroștiințieri, descoperirea lui Ramirez și Liu a fost cu adevărat linistitoare. „Pentru mine, ceea ce le-a făcut succes a fost neînfricarea lor”, spune Josselyn. „Vă puteți imagina toate lucrurile care ar putea merge prost, dar acești tipi au intrat acolo, au primit cele mai bune instrumente, au aplicat cea mai bună putere de minte”. Eichenbaum este de acord că tinerii oameni de știință au „ieșit pe un membru” și au luat un risc major pentru cariera lor. „Ar fi putut să treacă trei ani și să termine cu nimic de arătat pentru asta”, spune el.
Petreceți puțin timp în jurul lui Ramirez și Liu și simțiți rapid atitudinea lor optimistă. Ei provin din diferite lumi - Liu s-a născut și a crescut la Shanghai, fiul unui tată inginer chimic și al unei mame care a lucrat pentru calea ferată, iar părinții lui Ramirez au fugit din războiul civil din El Salvador în anii 80 și s-au stabilit la Everett, Massachusetts - dar personalitățile lor bine potrivite nu sunt întâmplătoare. În toamna anului 2010, în timp ce Liu intervievase potențiali parteneri pentru a explora misterele memoriei cu el, la început s-a concentrat pe expertiza științifică. Dar, odată cu trecerea timpului, el a pus un atribut diferit în vârful listei sale de dorințe - fericirea. „Dacă veți colabora cu oameni, doriți să colaborați cu oameni fericiți”, spune Liu. „Și Steve este unul dintre cei mai fericiți tipi pe care i-am văzut vreodată.” Este și un vorbitor de viteză care stoarce o mulțime de cuvinte în fiecare suflare. „Nu poate înceta să vorbească”, glumește Liu. „Altfel va muri.”
***
Când Ramirez era tânăr, mergea adesea la laboratorul de locomoție a animalelor din Harvard alături de tatăl său, care a început să curățească cuști acolo și să mătura podelele și ulterior a devenit tehnicianul principal al animalelor. În timpul vizitelor la laborator, Ramirez a văzut lamaie, struțuri și alte creaturi și „oamenii care fac lucruri drăguțe cu animale, luând măsurători și chestii”. El consideră că „a absorbit din neatenție ceva” care l-a ajutat să-l împingă spre știință.
Dar creierul a fost cel care a închis afacerea. „Dacă a fost un sonet, sau a ajunge pe cineva pe lună sau a-și da seama de moleculele biologice ale vieții, toate acestea au fost produsul creierului, al activității neuronale”, spune Ramirez, care descrie cum sunt interesele sale largi - în Shakespeare, inginerie, biologie și multe altele - în cele din urmă l-au dus la neuroștiință. „De ce să nu studiezi ceea ce a produs totul?”
De asemenea, Liu a demonstrat o aplecare științifică la începutul vieții. Și deși nu este cu siguranță primul om de știință care și-a petrecut copilăria colectând bug-uri, dedicarea lui Liu a fost distinctivă. A crescut familii de centipede, a avut o mulțime de gândaci strălucitori și a ținut lăcuste în cuști minuscule. De obicei, a hrănit edamame de lăcuste, dar a descoperit că ardeii iute au provocat o reacție interesantă. „Ei ar cânta și mai mult”, spune el. După ce a studiat biologia ca licențiat la Universitatea Fudan din Shanghai, Liu și-a primit doctoratul de la Baylor College of Medicine studiind memoria în zborul fructelor.
În adolescență s-a ocupat de science-fiction și a scris un roman numit The Challenge . Era vorba despre un viitor în care sportivii nu mai concurau direct între ei, ci, mai degrabă, se supuneau unor măsurători obiective diferite ale performanței sau fiziologiei: viteză, rezistență, capacitatea pulmonară ș.a. Eroul vrea să se întoarcă la o concurență reală și să restabilească factorii de noroc și șansă nemăsurabili.
Într-o zi din primăvara trecută, în timp ce Liu enumera numeroasele lucruri care ar fi putut merge greșit în munca sa cu Ramirez - puteau fi bătute la descoperire de o echipă rivală, ar fi putut alege partea greșită a creierului până la zero în continuat - a spus că este convins că norocul a jucat un rol în succesul lor. Dacă da, am spus, atunci munca lui de adult s-a livrat pe tema romanului său de copilărie. - Este uimitor, spuse el după o lungă tăcere. „Nu am făcut niciodată această legătură între carte și această lucrare, dar cred că ai dreptate.”
Peste două duzini de laboratoare din întreaga lume au proiecte care se bazează pe cercetările lui Ramirez și Liu. Eichenbaum, de exemplu, este interesat să reproducă o experiență mai mare, o memorie care apare în timp, precum navigarea într-un labirint.
Într-o perioadă în care tratamentele pentru multe boli mintale grave lipsesc, potențialele aplicații clinice ale modificării memoriei sunt atrăgătoare. „Este o nebunie”, spune Josselyn, a cărui activitate se concentrează asupra bolii Alzheimer și a altor tulburări legate de memorie, „dar poate cineva cu Alzheimer… poate ne putem da seama de un tratament pentru a intra și a face ceea ce au făcut acești tipi. în hârtiile lor și felul de activare a acestor celule în mod artificial, stimulează activarea și amintesc mai bine amintirile. "
Într-o altă aplicație teoretică, PTSD ar putea fi ușurat prin reactivarea repetată a unei memorii proaste pentru a arăta că memoria în sine nu este dăunătoare sau prin ștergerea componentelor traumatice ale unei memorii proaste sau prin înlocuirea acesteia cu una pozitivă. Bazându-se pe opera lui Ramirez și Liu, alții din laboratorul Tonegawa au făcut exact asta la șoarecii masculi la începutul acestui an, transformând o amintire negativă a șocului piciorului într-o amintire pozitivă a unei întâlniri cu un șoarece feminin.
Ramirez, care își termină doctoratul în MIT, și Liu, care se îndreaptă la Universitatea de Nord-Vest pentru a începe propriul laborator, au luat recent o altă mare întrebare de memorie: Putem interveni într-un stat deprimat la un animal prin reactivarea amintirilor pozitive? Răspunsul pare a fi da. Studiază modele de șoarece de anhedonie sau pierderea interesului pentru plăcere, un simptom al depresiei. Șoarecii experimentali supuși stresului până când nu mai caută plăcere (cum ar fi o înghițitură de apă cu zahăr) își recuperează interesul atunci când sunt reactivate engramele pentru experiențe plăcute. Rata de succes de până acum este de 80 la sută.
„Pentru că dovada principiului este aceea că putem reactiva în mod artificial amintirile și să creăm amintiri false la animale”, spune Ramirez, „singurul salt rămas între acolo și oameni este doar inovația tehnologică”.
Ce zici de preocupările etice ale manipulării memoriei? Patricia Churchland, profesoară la UC San Diego și autoare a Touching a Nerve: The Self as Brain, spune că terapia de acest gen nu va fi o schimbare atât de profundă pe cât pare. Amintirile umane, inexacte și labile pentru început, au fost mult timp ținta intervenției, de la terapia cognitiv-comportamentală la electroșoc până la medicamente. Tratarea condițiilor precum depresia la nivel de engram „este continuă cu ceea ce facem deja”, spune Churchland, un filosof de frunte al neuroștiinței.
Ramirez consideră că chirurgia de memorie este inevitabilă, deși există multe întrebări de rezolvat. Cum se poate face în siguranță? Noninvaziva? Etic? Cum ar fi selectați pacienții? Oricât de dureros este de obicei, a celor mai mulți dintre noi recunoaștem că este o parte naturală, chiar sănătoasă, a vieții. Un băiat de liceu care tocmai s-a despărțit de iubita lui s-ar putea să nu fie un candidat bun pentru chirurgia de memorie. Dar oamenii cu demență sau depresie severă - ar fi inuman să nu-și ușureze suferința dacă ar fi posibilă o intervenție eficientă și sigură de memorie?
Incursiunile pe care Ramirez și Liu le-au făcut în mecanica memoriei deschid o lume largă și nouă de posibilități profunde, înspăimântătoare, uimitoare - și urgente. „Trebuie să începem ieri conversația despre ceea ce vom face când se va întâmpla acest lucru”, spune Ramirez, „astfel încât să fim pregătiți și să știm să ne descurcăm.”
