Nobel dla Johna O'Keefe, May-Britt Moser i Edvarda I. Mosera

Nagrodą podzielą się neurolodzy – Amerykanin John O'Keefe oraz małżeństwo May-Britt Moser i Edvard I. Moser z Norwegii za „odkrycie komórek, które tworzą system nawigacyjny mózgu".

– To fundamentalny system obecny zarówno u zwierząt, jak i ludzi, który pozwala nam określić, gdzie jesteśmy. Gdzie stoimy na placu czy jak wrócić do punktu, z którego przyszliśmy – mówił prof. Göran Hansson, sekretarz Komitetu Noblowskiego w dziedzinie medycyny i fizjologii, ogłaszając nazwiska laureatów.

Te prace pozwolą lepiej zrozumieć efekty choroby Alzheimera ?– przekonują badacze

Naukowcy otrzymają również nagrodę pieniężną – w tym roku to 8 mln koron, czyli ok. 3,7 mln złotych. Połowa trafi do O'Keefe'a, połowa do małżeństwa Moserów.

Płonące neurony

Choć Komitet Noblowski postanowił w tym roku podzielić nagrodę na dwie części, w rzeczywistości prace trójki laureatów dotyczą tego samego zagadnienia – neurologicznych mechanizmów orientacji przestrzennej na poziomie komórkowym. Te prace mają ogromne znaczenie dla naszego zrozumienia np. choroby Alzheimera czy zatrucia alkoholem, gdy dochodzi do zaburzeń działania tego „biologicznego GPS".

Pierwszy element tego systemu naukowcy odkryli na początku lat 70. ubiegłego wieku. Już wcześniej badacze podejrzewali, że zwierzęta tworzą sobie jakiś rodzaj wewnętrznej mapy pozwalającej im orientować się w przestrzeni, ale nie umieli tego udowodnić. Tego rodzaju badania prowadził amerykański psycholog Edward Tolman. Ale Tolman, choć domyślał się słusznie, nie miał możliwości sprawdzenia, jak zmienia się aktywność neuronów.

Dopiero pod koniec lat 50. nauczyli się wszczepiać na stałe elektrody do mózgów zwierząt pozwalające im śledzić, jak reagują na otoczenie. To właśnie wykorzystał John O'Keefe zafascynowany możliwościami, jakie daje elektronika w badaniach neuropsychologicznych. Wraz z Jonathanem Dostrovskym analizował aktywność poszczególnych neuronów hipokampu w mózgu szczura poruszającego się w pomieszczeniu. W 1971 roku ustalili, że niektóre neurony aktywizują się, gdy zwierzę znajduje się w konkretnym miejscu pomieszczenia.

To było zaskakujące i niewytłumaczalne. Pewne komórki w mózgu aktywowały się, gdy szczur znajdował się w konkretnym miejscu, kolejne „zapalały się", gdy przechodził przez inne miejsce pomieszczenia. Stąd nazwa – komórki miejsca. Kilka lat później udało się również eksperymentalnie dowieść, że komórki miejsca nie są reakcją na to, co zwierzę widzi, lecz że stanowią rodzaj wewnętrznej mapy pozwalającej na orientację w przestrzeni. Taką mapę – będącą odwzorowaniem naszej wiedzy o otoczeniu, a nie reprezentacją geograficzną – nazywa się mapą wyobrażeniową.

Wprawdzie odkrycia komórek miejsca O'Keefe dokonał z Jonathanem Dostrovskym, a ich rolę potwierdził wraz z Lynnem Nadelem, jednak tylko on z tego zespołu został wyróżniony Noblem.

Zresztą na początku pomysł, że komórki znajdujące się w hipokampie odpowiadają za orientację w przestrzeni, wydawał się innym naukowcom dość niezwykły.

Hipokamp to nieduża struktura umieszczona w płacie skroniowym kresomózgowia. Wiadomo, że odgrywa rolę w formowaniu pamięci i uczeniu się. Ale żeby orientacja w przestrzeni?

Odkrycie O'Keefe'a potwierdziły jednak setki kolejnych, precyzyjnie zaprojektowanych eksperymentów na zwierzętach, prowadzonych przez ostatnie trzy dekady. Aby to sprawdzić, kilka zespołów badaczy spędziło całe lata na eksperymentach – umieszczając podłączone do aparatury szczury w różnych pomieszczeniach, zmieniając wystrój klatek, dokładając lub chowając przedmioty itp.

Naukowcy dopiero w 2002 roku potwierdzili na przykład, że stworzona mapa pozostaje „w pamięci" przez dłuższy czas. A dopiero rok temu inny zespół badaczy (już bez O'Keefe'a) odkrył, że komórki miejsca służą również do oceniania odległości między miejscami.

Współrzędne ?w pamięci

Ale komórki miejsca to tylko część systemu nawigacyjnego, w który wyposażyła nas natura. Na nic wiedza o odległości i kierunkach bez jakiegoś układu współrzędnych.

I taki układ udało się odkryć May-Britt oraz Edvardowi Moserom. Przystąpili do pracy wiele lat po odkryciu dokonanego przez swojego kolegę, w latach 90. XX wieku, kiedy teoria obejmująca komórki miejsca w hipokampie była już powszechnie uznawana. Moserowie współpracowali zresztą z O'Keefe'em, odwiedzając go w jego laboratorium w Londynie. To on nauczył ich rejestrować i analizować sygnały neuronów.

Moserowie koncentrowali się na hipokampie oraz na ściśle z nim współpracującą korą śródwęchową. Ponieważ większość informacji do hipokampu płynie właśnie z kory śródwęchowej (odpowiedzialnej za przetwarzanie bodźców węchowych oraz niektóre procesy pamięci), należałoby sprawdzić, czy tam nie kryje się jakiś odpowiednik komórek miejsca – rozumowali.

Dopiero w 2005 roku (a więc jak na standardy noblowskie niedawno) udało się potwierdzić istnienie takich komórek w korze śródwęchowej. Były jeszcze bardziej zadziwiające niż komórki miejsca O'Keefe'a.

Badając aktywność mózgu szczurów, naukowcy odkryli, że „zapalają się" one w dość regularny sposób. Mianowicie wtedy, gdy zwierzę znajdzie się w jednym z punktów (węzłów) siatki tworzącej sześcioboczne kształty przypominające wyglądem plaster miodu. Taka regularność jest w naturze rzadko spotykana – a co dopiero w mechanizmach rządzących świadomością i pamięcią. Sześciokąty mogą zaś mieć różną wielkość – od kilku centymetrów do kilku metrów – w zależności od intensywności doznań w danej przestrzeni.

Te tzw. komórki siatkowe kory śródwęchowej aktywują się według regularnego przestrzennego planu – stwierdzili tegoroczni nobliści. Co ciekawe, pod pracą z 2005 roku podpisali się studenci Moserów – Torkel Hafting, Marianne Dyhn i Sturla Molden z Centrum Biologii Pamięci.

Komórki miejsca i siatkowe to jednak nie wszystkie elementy układu nawigacyjnego. W połowie lat 80. badacze zidentyfikowali również rodzaj wewnętrznego kompasu pozwalającego ustalić, w którą stronę mamy zwrócony wzrok. Znajdują się one w tzw. podporze, części formacji hipokampu. Aktywują się, gdy zwierzę patrzy w określoną stronę. Innym rodzajem komórek pomagającym w orientacji przestrzennej są takie, które wskazują nam na ścianę lub granicę, poza którą nie można wyjść (odkryto je u szczurów badanych w zamkniętych pomieszczeniach).

Co robi alzheimer

Co najważniejsze, istnienie komórek miejsca i siatkowych potwierdzono również u ludzi. Było to niemożliwe wcześniej – za pomocą elektrod wszczepianych do mózgu, ale udało się dzięki technikom obrazowania medycznego (funkcjonalnemu rezonansowi magnetycznemu).

Potwierdzono to również, obserwując osoby po operacjach chirurgicznych, a także pacjentów z chorobą Alzheimera. Hipokamp i kora śródwęchowa ulegają u tych chorych uszkodzeniu stosunkowo szybko. I to właśnie z tego powodu alzheimer może powodować zaburzenia w orientacji – chorzy gubią się, nie potrafią znaleźć drogi do domu czy nie pamiętają, gdzie odłożyli przedmioty, które jeszcze minutę temu trzymali w rękach.