Wyścig po pamięć absolutną

FIRMY FARMACEUTYCZNE Są bliskie rozwikłania zagadek pamięci. Pracują nad lekami, które mogłyby zwalczać jej pogarszanie się i usuwać z niej dręczące wspomnienia.
Naukowcy z laboratorium w New Jersey badają skomplikowany mechanizm zapamiętywania na poziomie komórki. Wierzą, że stworzą rodzaj viagry dla mózgu, która przywróci żywotność starzejącemu się organowi. Skrawki tkanki mózgowej szczura umieszczają w specjalnej pożywce i drażnią delikatnymi impulsami elektrycznymi. W ten sposób wywołują w komórkach mózgu zmiany elektrochemiczne, jakie powstają przy zapamiętywaniu.
Jednocześnie automatyczna pompa wprowadza do nich różne substancje, a elektrody mierzą, czy zmienia się aktywność komórek. Większość substancji nie miała na nią wpływu, ale kilka pomagało wytwarzać mocniejsze i trwalsze połączenia między komórkami mózgu co rokuje wielkie nadzieje.
Badania prowadziła Memory Pharmaceuticals, która należy do czołówki placówek starających się stworzyć leki wzmacniające pamięć - idea jak z Science Fiction. Takie środki pomogłyby wielu ciężko doświadczonym chorobą i zwyczajnie - roztrzepanym.
- Znajomi stale pytają mnie, kiedy wreszcie pojawi się magiczna pigułka - mówi Eric Kandel z uniwersytetu Kolumbia, który pierwszy wyjaśnił mechanizm zapamiętywania.

Ten 73-letni laureat Nagrody Nobla z 2000 roku, w 1998 roku założył z kolegami Memory Pharmaceuticals.
- Jak dobrze pójdzie, już za 5-10 lat opracujemy leki przeciwdziałające pogarszaniu się pamięci u starszych osób.

Poważnym rywalem Kandela w tym wyścigu jest 48-letni Timothy Tully z Laboratorium Cold Spring Harbor, założyciel firmy Helicon Therapeutics. Wiele laboratoriów depcze im po piętach, bo zapowiada się, że zwycięzca zostanie światowym gigantem na rynku farmaceutycznym.


Pamięć dla każdego

Pierwszymi użytkownikami takiej pigułki byliby ludzie z chorobą Alzheimera. Leki usprawniające pamięć mogłyby pomóc też milionom innych osób z niewielkim upośledzeniem funkcji poznawczych, ludziom pourazach głowy, z zespołem Downa. niedorozwojem umysłowym oraz rekonwalescentom po rozległych udarach mózgu. Leki będą mogły tłumić dręczące wspomnienia.

Na lek czekają też ludzie w średnim wieku, którzy czują, że ich pamięć szwankuje i drżą, co będzie jutro.

- Firmy farmaceutyczne tego nie mówią, ale ważnym potencjalnie odbiorcą jest dla nich nie tylko chory,
ale na przykład 44-letni pracownik, który nie może spamiętac nazwisk klientów firmy - twierdzi James McGaugh, neurofizjolog z Uniwersytetu Kalifomijskiego.

Jednak powszechne stosowanie pigułki przez ludzi zdrowych, którzy szukają sposobu na poprawę sprawności umysłowej byłoby ryzykowne. Zbyt silna mogłaby wywoływać zaburzenia emocjonalne lub przeciążać mózg gromadzeniem zbędnych informacji. Nim lek zacznie być stosowany na drobne dolegliwości, trzeba upewnić się, czy nie ma groźnych skutków ubocznych. Do powszechnego użycia nie dopuszcza się specyfików, z którymi wiązałoby się ryzyko.


Proste organizmy

Niezwykle ważna jest więc kwestia, by leki te działały dokładnie tak jak byśmy chcieli. Jeśli Kandel i Tully to zapewnią, na zawsze zmienią i medycynę, i nasze widzenie świata.
Od chwili, gdy w XVII wieku francuski filozof Kartezjusz podzielił świat na dwie sfery - "substancję fizyczną"
(materia) i "substancję umysłową" (myśli) - naukowcy dyskutują, czy umysł człowieka można poznać, mając tylko materialne narzędzia.

- Kartezjusz nie miał racji - twierdzi Tully. - Zapamiętywanie to proces biologiczny, którym można sterować jak każdym. Można go nie tylko przerwać, ale również ulepszyć. Jeśli na Twym nocnym stoliku pojawi się fiolka z pastylkami na pamięć, będzie to zasługa Tully'ego, Kandela oraz dwóch malutkich stworzeń - muszki owocowej i ślimaka morskiego.

Kandel znalazł się w czołówce rywalizujących w tej dziedzinie uczonych dzięki doświadczeniom z dzieciństwa.
Urodzony w Wiedniu, w 1929 roku, tuż przez II wojną światową uciekł do USA. To między innymi wspomnienia koszmaru hitlerowskich zbrodni sprawiły, że zainteresował się mózgiem. Jako młody obiecujący psychiatra postawił na jedną kartę - miał przeczucie, że badanie ślimaków wyjaśni zagadkę ludzkiej pamięci. Pracownia Kandela od kilkudziesięciu lat wiedzie prym w tej dziedzinie badań.

Tully natomiast jest potomkiem irlandzkich katolików, wychowywał się w stanie Illinois i tam studiował genetykę. Kierowany przez niego mały zespół badawczy wyhodował muszkę owocową o doskonałej pamięci.

Obaj uczeni wyszli od zaskakującej tezy, że mechanizm zapamiętywania jest taki sam u człowieka, jak u ślimaków, muszek i innych prostych organizmów. Mają podobne komórki mózgowe, różnią się tylko ich liczbą oraz ilością połączeń między nimi.

- Mózg człowieka jest jak komputer, a układ nerwowy muszki to radio lampowe - tłumaczy Tully.


Zapominanie

Nie było to tak oczywiste w latach 50., gdy Kandel rozpoczynał badania.
Sądzono, że mechanizm zapamiętywania u człowieka i zwierząt niższych jest zupełnie inny. Kandel chciał wtedy zostać psychoanalitykiem. Fascynowała go neurofizjologia jako narzędzie analizy zachowań człowieka.

Mniej więcej w tym czasie naukowcy zdobyli pierwszą poważną wskazówkę, by ustalić, gdzie i jak tworzą się wspomnienia. Neurochirurdzy, lecząc 27-letniego pacjenta z ciężką padaczką, usunęli mu część mózgu - hipokamp.

Ataki padaczki prawie ustały, a zdolność kojarzenia pacjenta nie doznała uszczerbku. Tyle że nowe fakty zapamiętywał najwyżej na kilka sekund, bez trudu zaś przywoływał wspomnienia z dzieciństwa.
To nasunęło przypuszczenie, że hipokamp gra główną rolę w przekształcaniu pamięci krótkotrwałej w długotrwałą i że ta długotrwała (wspomnienia) jest magazynowana gdzie indziej. Kandel skupił się na tym, co się dzieje w komórkach, gdy mózg zapamiętuje. Na obiekt badań wybrał ślimaka morskiego, bo jego układ nerwowy składa się z 20 tysięcy komórek (ludzki ma ich około 100 miliardów). U ślimaka są one tak duże, że można je zobaczyć gołym okiem.

W serii doświadczeń Kandel wykazał, jak tworzą się proste wspomnienia, obserwując jeden z podstawowych odruchów obronnych ślimaka - skurcz skrzeli. Potem stwierdził, że poddając komórki nerwowe tego mięczaka działaniu pewnych substancji, poprawia jego pamięć. Można wnioskować, że tak samo byłoby u człowieka.

Komórki mózgu komunikują się między sobą, uwalniając pewne chemiczne substancje (neurotransmitery) do dzielącej je szczeliny zwanej synapsą.

Pamięć krótkotrwała powstaje, gdy te połączenia na chwilę się wzmacniają.
Po kilku minutach lub godzinach efekt ten zanika. Kiedy takie połączenia zostaną scementowane nowymi białkami, pamiętamy przez tygodnie lub lata.

Wyobraź sobie, że masz gdzieś zadzwonić tylko raz - dowiadujesz się o numer, wybierasz i po kilku minutach już go nie pamiętasz. Numer telefonu potrzebny ci wielokrotnie, powtarzasz tyle razy, że utrwala się w pamięci. Jednak z czasem nawet takie wspomnienia się zacierają.


Mądre muszki

Postępy biologii molekularnej w latach 70. pozwoliły Kandelowi i innym naukowcom badać zjawisko zapamiętywania na poziomie najmniejszych cząsteczek chemicznych. Był to punkt zwrotny. Gdy zrozumiemy, jak te cząsteczki funkcjonują, łatwiej będzie znaleźć działające na nie leki.

Kandel wykazał, że zasadniczą rolę w tworzeniu wspomnień gra pewna cząsteczka - cykliczny AMP. Znajduje się wewnątrz komórki nerwowej i gdy ta daje sygnał - wkracza do akcji, czyli pobudza białka, które wzmacniają połączemie między dwiema komórkami. (Podobnie jak w sztafecie, gdy biegacze przekazują sobie kolejno pałeczkę).

Cykliczny AMP pełni funkcję tylko przekaźnika, nie wytwarza nowych białek, niezbędnych do powstawania trwałych wspomnień.

W 1990 roku Kandel stwierdził, że decydujące znaczenie w procesie uczenia się i zapamiętywania ma cząsteczka białka zwana CREB. Jego zespół wykazał, że zablokowanie wytwarzania nowych białek CREB w komórkach nerwowych ślimaka powoduje zablokowanie mechanizmu powstawania pamięci długotrwałej, a nie upośledza pamięci krótkotrwałej.

Doskonały dowód znaczenia CREB dla mechanizmu zapamiętywania dostarczył Tim Tully i jego współpracownik Jerry Yin. Muszka owocowa Tully'ego jest trochę lepsza od ślimaka Kandela. Ma ona znacznie bogatszy repertuar zachowań, łatwo ją zmieniać genetycznie oraz hodować w probówkach miliony osobników. W 1994 roku Tully i Yin wyhodowali muszkę owocową o nieprawdopodobnie dobrej pamięci, gdyż wyposażyli ją w gen powodujący stałe wytwarzanie w organizmie białka CREB.

Zwykłe muszki potrzebowały 10 lekcji, by nauczyć się omijać z daleka komorę o pewnym zapachu, w której czekał je wstrząs elektryczny. Muszki Trilly'ego nauczyły się tego po jednej. Później inni naukowcy dowiedli, że białko CREB odgrywa podobną rolę u myszy.


Kwestia czasu

Doświadczenia na ślimakach i muszkach wykazały, że CREB pomaga wytwarzać nowe białka, które trwale "cementują" połączenia między komórkami. I właśnie w tych połączeniach przechowywane są wspomnienia. Zespoły Tully'ego i Kandela znalazły też cząsteczkę blokującą działanie CREB.

Tully i Yin wyhodowali muszki mające nadmiar tego blokera CREB. Nie umiały one zapamiętać lekcji nawet po wielu powtórzeniach.

Cykliczny AMP i CREB to główne obiekty badań firm pracujących nad ulepszaniem leków. A Tully i Kandel szukają innych genów i białek, ktore wpływają na pamięć. Sukces to tylko kwestia czasu, twierdzi Tully. - pytanie nie brzmi "czy", ale "kiedy" znajdziemy ten lek - mówi.