A memorizálási folyamat élettani mechanizmusait tanulmányozó tudósok egyike a Nobel-díjas Eric Kandel . Kísérleteiben az Aplysia puhatestűt tanulmányozta . Ezt választotta, mivel abból a feltevésből indult ki, hogy az emberek és a gerinctelenek neuronjai és szinapszisai között nincsenek alapvető különbségek . Ezenkívül az Aplysia számos fontos előnnyel rendelkezik:
1) az Aplysia idegrendszer körülbelül 20 000 neuronból áll (míg az emlősökben több tízmilliárd);
2) sok közülük nagyon nagy (akár 1 mm átmérőjű);
3) A neuronok gyakran különböző színűek, és szigorúan meghatározott helyet foglalnak el az ideg ganglionokban, így könnyen azonosíthatók egyenként.
A kutatáshoz az egyik védőreflexet választottuk: a kopoltyúvisszahúzó reflexet a szifon érintésekor . Amikor az állat nyugalomban van, a kopoltyúkat egy szifonban végződő bőrdarab borítja. Irritáció esetén a kopoltyúk és a szifon a köpenyüregben vannak elrejtve . A tanulásnak három fő típusa van: az érzékenység növelése ( szenzitizáció ), a függőség (szokás) és a klasszikus (pavlovi) kondicionálás ( feltételes reflex kialakulása ). Az Aplysia-val végzett kísérletekben mindezeket a formákat tanulmányozták, de a legrészletesebben a szenzibilizációt, amelyben az állat kezd erősebben reagálni a külső stimulációra. A szifon egyetlen érintésével a kopoltyú egy kicsit megbújik a köpenyüregben, és ha előtte injekciót adtak az Aplysia „farkába” (a láb hátsó részébe), akkor a kopoltyú erősebben és hosszabb ideig behúzódik. idő. Ennek a reflexnek a reflexköre 24 szenzoros neuronból és hat kopoltyúmotoros neuronból áll.
Kandel kutatásai kimutatták, hogy a tanulás a sejtek közötti szinaptikus kapcsolatok erősségének változása következtében következik be (a szinaptikus kapcsolatok erősségének változása a szinaptikus hasadékba felszabaduló neurotranszmitter mennyiségének változása bizonyos erősségű stimuláció mellett). Heteroszinaptikusan változik, vagyis a szinapszis erősségét a modulátor sejtek változtatják meg. Ugyanaz a szinaptikus kapcsolat a tanulás különböző formáiban változtatható (erősödhet vagy gyengíthető): a megszokás a szenzoros neuronok és effektoraik, motoneuronok és interneuronok közötti kapcsolatok meggyengüléséhez vezet. A szenzibilizáció ugyanazon vegyületkészletek amplifikációjához vezet.
Egyetlen szinapszisnál a kapcsolat erősségének változása ( szinaptikus plaszticitás ) lehet rövid vagy hosszú távú. Ez a tanulási inger (lábaszúrás) ismétlések számától függ. A hosszú távú memória nemcsak a szinaptikus erő növekedésén alapul, hanem a szinaptikus kapcsolatok számának növekedésén is.
Megállapítást nyert, hogy a függőség során a szenzoros neuronban felszabaduló glutamát mediátor mennyisége csökken. Kiderült, hogy a szinaptikus erő modulátora a szerotonin , amely moduláló interneuront szabadít fel, ha a láb irritált. Felszabadulásával fokozódik a mediátor felszabadulása és megnő a cAMP koncentrációja a kopoltyúmotoros neuronra ható szenzoros neuronban. Több kísérlet elvégzése során kiderült, hogy a cAMP bevitele a szenzoros neuronba a mediátor felszabadulását is növeli.
Rövid távú szenzibilizáció esetén (percektől órákig) az Aplysia "farkára" gyakorolt egyetlen hatás a szerotonin átmeneti felszabadulását okozza. A szerotonin a membrán szerotonin receptorára hat, és aktiválja a G fehérjét , amely aktiválja az adenilát-ciklázt . A cAMP -t szintetizálja , amely aktiválja a protein-kináz A- t (PKA). Aktiváláskor a PKA cAMP-kötött szabályozó alegységei elválik a katalitikus alegységektől. A PKA katalitikus alegységei a káliumcsatornákra hatnak, míg a K + ionok lassabban távoznak az érző neuronból az akciós potenciál leszálló fázisában, a Ca 2+ ionok pedig nagyobb mennyiségben jutnak be a sejtbe. Az eredmény az, hogy több közvetítő szabadul fel. E folyamatok időtartama a rövid távú memóriának felel meg.
Az Aplysia kopoltyúreflex hosszú távú szenzitizálása két fő típusú változáshoz vezet a szenzoros neuronokban: 1) Tartós PKA aktivitás; 2) A motoros neuronnal való szinaptikus kapcsolatok számának növekedése. A "farok" ismételt stimulálásával a cAMP szint emelkedik, és néhány percig változatlan marad. Ez idő alatt a PKA katalitikus alegységeinek van idejük beköltözni a sejtmagba a mitogén-aktiváló protein kinázzal (MAPK) együtt. A sejtmagban a PKA és a MAPK foszforilálja és aktiválja a CREB-1 fehérjét ( transzkripciós faktor ), és elnyomja a CREB-2, a CREB-1 inhibitorának hatását. Ezt követően a CREB-1 számos korai válaszgént aktivál. Egyikük az ubiquitin-C-hidrolázt kódolja, ami a protein kináz A szabályozó alegységeinek szabályozott hasításához vezet. Ez állandó PKA aktivitáshoz vezet, aminek következtében a katalitikus alegységek hosszabb ideig hatnak a K +-ra , Ca. A 2+ hosszabb ideig jut be a neuronba nagy koncentrációban. A közvetítő jobban kiemelkedik. Gyakran megnövekszik a szinapszisok száma, területük, ami a neurotranszmitter nagyobb felszabadulásához is vezet. A szinapszisok növekedése a késői válasz gének aktiválódásával függ össze, amelyek felelősek más korai válasz gének által kódolt fehérjékért.
http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2000/kandel-lecture.pdf