Spomin: nevrokemični mehanizmi spomina

Čeprav so bili molekularni mehanizmi delovanja posamezne živčne celice preučeni v številnih njihovih manifestacijah in so bila oblikovana načela organiziranja mednevronskih povezav, še vedno ni jasno, kako molekularne lastnosti nevronov zagotavljajo shranjevanje, reprodukcijo in analizo informacij – spomin.

Dejstvo, da se pridobljeno znanje (kot so moralna načela) ne prenaša z dedovanjem in se ga morajo nove generacije učiti na novo, nam omogoča, da sklepamo, da je učenje proces ustvarjanja novih mednevronskih povezav, pomnjenje informacij pa zagotavlja sposobnost možganov, da te povezave po potrebi reproducirajo (jih aktivirajo). Vendar pa sodobna nevrokemija še ne more predstaviti dosledne teorije, ki bi opisovala, kako se analiza dejavnikov zunanjega sveta izvaja v živih možganih. Lahko le opišemo probleme, s katerimi se znanstveniki na različnih področjih nevrobiologije intenzivno ukvarjajo.

Skoraj vse živalske vrste so sposobne do neke mere analizirati spremembe v zunanjem okolju in se nanje ustrezno odzvati. Hkrati se ponavljajoča reakcija organizma na zunanji vpliv pogosto razlikuje od prvega srečanja. To opažanje kaže, da imajo živi sistemi sposobnost učenja. Imajo spomin, ki ohranja osebne izkušnje živali, ki oblikujejo vedenjske reakcije in se lahko razlikujejo od izkušenj drugih posameznikov.

Biološki spomin je raznolik. Ni značilen le za možganske celice. Spomin imunskega sistema na primer shranjuje informacije o tujem antigenu, ki je nekoč vstopil v telo, za dolgo časa (pogosto za vse življenje). Ko se ponovno srečamo z njim, imunski sistem sproži reakcijo in tvori protitelesa, kar omogoča hiter in učinkovit poraz okužbe. Vendar pa imunski sistem "ve", kako se odzvati na znani dejavnik, in ko naleti na neznanega povzročitelja, mora na novo razviti strategijo vedenja. Živčni sistem se za razliko od imunskega sistema lahko nauči ustvariti strategijo vedenja v novih okoliščinah, ki temelji na "življenjskih izkušnjah", kar mu omogoča, da razvije učinkovit odziv na neznani dražljaj.

Glavna vprašanja, na katera je treba odgovoriti pri preučevanju molekularnih mehanizmov spomina, so naslednja: katere presnovne spremembe se pojavijo v nevronih, ko naletijo na zunanji dražljaj, ki omogoča shranjevanje prejetih informacij za določeno (včasih dolgo) časovno obdobje; v kakšni obliki so shranjene prejete informacije; kako se analizirajo?

Med procesom aktivnega učenja, ki se dogaja v zgodnji starosti, opazimo spremembe v strukturi nevronov, poveča se gostota sinaptičnih stikov in razmerje med glialnimi in živčnimi celicami. Težko je ločiti med procesom zorenja možganov in strukturnimi spremembami, ki so molekularni nosilci spomina. Vendar je jasno, da je za popoln razvoj inteligence potrebno reševati probleme, ki jih predstavlja zunanje okolje (spomnite se Mowglijevega fenomena ali problemov prilagajanja življenju v naravi živali, vzrejenih v ujetništvu).

V zadnji četrtini 20. stoletja so poskušali podrobno preučiti morfološke značilnosti možganov A. Einsteina. Vendar je bil rezultat precej razočarajoč - niso odkrili nobenih značilnosti, ki bi ga razlikovale od povprečnih možganov sodobnega človeka. Edina izjema je bil rahel (neznaten) presežek razmerja med glialnimi in živčnimi celicami. Ali to pomeni, da molekularni spominski procesi ne puščajo vidnih sledi v živčnih celicah?

Po drugi strani pa je že dolgo ugotovljeno, da zaviralci sinteze DNK ne vplivajo na spomin, medtem ko zaviralci transkripcije in translacije poslabšajo procese pomnjenja. Ali to pomeni, da so določeni proteini v možganskih nevronih nosilci spomina?

Organizacija možganov je takšna, da so glavne funkcije, povezane z zaznavanjem zunanjih signalov in reakcijami nanje (na primer z motorično reakcijo), lokalizirane v določenih delih možganske skorje. Potem bi moral razvoj pridobljenih reakcij (pogojenih refleksov) predstavljati "zaprtje povezav" med ustreznimi centri skorje. Eksperimentalna poškodba tega centra bi morala uničiti spomin na ta refleks.

Vendar pa je eksperimentalna nevrofiziologija zbrala veliko dokazov, da je spomin na pridobljene spretnosti porazdeljen po različnih delih možganov in ni skoncentriran le na območju, ki je odgovorno za zadevno funkcijo. Poskusi z delno poškodbo možganske skorje pri podganah, ki so bile usposobljene za navigacijo po labirintu, so pokazali, da je čas, potreben za obnovitev poškodovane spretnosti, sorazmeren z obsegom poškodbe in ni odvisen od njene lokalizacije.

Verjetno razvoj vedenja v labirintu vključuje analizo celotnega nabora dejavnikov (vohalnih, okusnih, vidnih), področja možganov, odgovorna za to analizo, pa se lahko nahajajo na različnih področjih možganov. Čeprav je torej za vsako komponento vedenjske reakcije odgovorno določeno področje možganov, se celotna reakcija izvaja z njihovo interakcijo. Kljub temu so v možganih odkrili področja, katerih delovanje je neposredno povezano s procesi spomina. To so hipokampus in amigdala ter jedra srednje črte talamusa.

Nevrobiologi skupek sprememb v osrednjem živčnem sistemu, povezanih z beleženjem informacij (slike, vrste vedenja itd.), imenujejo engram. Sodobne predstave o molekularnih mehanizmih spomina kažejo, da sodelovanje posameznih možganskih struktur v procesu pomnjenja in shranjevanja informacij ne sestoji iz shranjevanja specifičnih engramov, temveč iz uravnavanja ustvarjanja in delovanja nevronskih mrež, ki odtisnejo, zapišejo in reproducirajo informacije.

Na splošno podatki, zbrani pri preučevanju vedenjskih refleksov in električne aktivnosti možganov, kažejo, da tako vedenjske kot čustvene manifestacije življenja niso lokalizirane v določeni skupini nevronov v možganih, temveč se izražajo v spremembah v interakcijah velikega števila živčnih celic, kar odraža delovanje celotnih možganov kot celostnega sistema.

Izraza kratkoročni in dolgoročni spomin se pogosto uporabljata za opis procesa pomnjenja novih informacij skozi čas. V kratkoročnem spominu se informacije lahko shranjujejo od delčkov sekunde do desetin minut, medtem ko se v dolgoročnem spominu informacije včasih shranjujejo vse življenje. Za pretvorbo prve vrste spomina v drugo je potreben tako imenovani proces konsolidacije. Včasih je izločen kot ločena faza vmesnega spomina. Vendar pa vsi ti izrazi, ki verjetno odražajo očitne procese, še niso napolnjeni z resničnimi biokemičnimi podatki.

Vrste spomina in njihova modulacija (na podlagi: Ashmarin, 1999)

Vrste spomina	Inhibitorji, učinki
Kratkoročni spomin	Elektrošok, antiholinergiki (atropin, skopolamin), galanin, US1 (injiciranje v določene dele možganov)
Vmesni spomin (konsolidacija)	Zaviralci energijskega metabolizma, ouabain, hipoksija, zaviralci sinteze RNA in beljakovin (anizomicin, cikloheksimid, puromicin, aktinomicin O, RNaza), protitelesa proti nevrospecifičnim beljakovinam (vazopresin, protein B-100), 2-amino-5-fosfornovalerična kislina (6-ARU)
Dolgoročni (vseživljenjski) spomin	Zaviralci, ki ga nepovratno motijo, niso znani. Delno ga zavirajo atropin, diizopropil fluorofosfat, skopolamin.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Kratkoročni spomin

Kratkoročni spomin, ki analizira informacije, ki prihajajo iz različnih čutov, in jih obdeluje, se realizira s sodelovanjem sinaptičnih stikov. To se zdi očitno, saj čas, v katerem se ti procesi izvajajo, ni sorazmeren s časom sinteze novih makromolekul. To potrjujeta možnost zaviranja kratkoročnega spomina s strani sinaptičnih inhibitorjev in njegova neobčutljivost na inhibitorje sinteze beljakovin in RNK.

Proces konsolidacije traja dlje in se ne ujema s strogo določenim intervalom (traja od nekaj minut do nekaj dni). Verjetno na trajanje tega obdobja vplivata tako kakovost informacij kot stanje možganov. Informacije, ki jih možgani štejejo za nepomembne, se ne konsolidirajo in izginejo iz spomina. Ostaja skrivnost, kako se odloča o vprašanju vrednosti informacij in kakšni so dejanski nevrokemični mehanizmi procesa konsolidacije. Že samo trajanje procesa konsolidacije nam omogoča, da sklepamo, da gre za stalno stanje možganov, ki nenehno izvaja "miselni proces". Raznolika narava informacij, ki vstopajo v možgane za analizo, in širok spekter zaviralcev procesa konsolidacije, ki se razlikujejo po svojem mehanizmu delovanja, nam omogočata domnevo, da so na tej stopnji v interakcijo vključeni različni nevrokemični mehanizmi.

Uporaba spojin, navedenih v tabeli, kot zaviralcev procesa konsolidacije, pri poskusnih živalih povzroča amnezijo (izgubo spomina) - nezmožnost reprodukcije pridobljene vedenjske spretnosti ali predstavitve prejetih informacij za uporabo.

Zanimivo je, da nekateri zaviralci pokažejo svoj učinek po predstavitvi informacij, ki si jih je treba zapomniti (retrogradna amnezija), drugi pa - ko se uporabijo v obdobju pred tem (anterogradna amnezija). Poskusi učenja piščancev za razlikovanje med žitom in neužitnimi, a podobno velikimi predmeti so splošno znani. Vnos zaviralca sinteze beljakovin cikloheksimida v možgane piščancev ni motil učnega procesa, temveč je popolnoma preprečil utrjevanje spretnosti. Nasprotno, vnos zaviralca Na-črpalke (Na/K-ATPaze) ouabaina je popolnoma zavrl učni proces, ne da bi vplival na že oblikovane spretnosti. To pomeni, da Na-črpalka sodeluje pri nastanku kratkoročnega spomina, vendar ne sodeluje pri procesih konsolidacije. Poleg tega rezultati poskusov s cikloheksimidom kažejo, da je sinteza novih beljakovinskih molekul potrebna za procese konsolidacije, ni pa potrebna za nastanek kratkoročnega spomina.

Zato učenje med nastajanjem kratkoročnega spomina vključuje aktivacijo določenih nevronov, utrjevanje pa ustvarjanje dolgoročnih mednevronskih omrežij, v katerih je za utrjevanje interakcij potrebna sinteza posebnih beljakovin. Ne gre pričakovati, da bodo te beljakovine nosilci specifičnih informacij; njihova tvorba je lahko "zgolj" spodbudni dejavnik za aktivacijo mednevronskih povezav. Kako utrjevanje vodi do nastajanja dolgoročnega spomina, ki ga ni mogoče prekiniti, ampak ga je mogoče reproducirati na zahtevo, ostaja nejasno.

Hkrati je jasno, da za ustvarjanjem stabilne spretnosti stoji sposobnost populacije nevronov, da tvorijo omrežje, v katerem postane prenos signalov najbolj verjeten, in ta sposobnost možganov se lahko ohrani dlje časa. Prisotnost enega takšnega mednevronskega omrežja ne preprečuje, da bi se nevroni vključili v podobna druga omrežja. Zato je jasno, da so analitične sposobnosti možganov zelo velike, če ne celo neomejene. Jasno je tudi, da je izvajanje teh sposobnosti odvisno od intenzivnosti učenja, zlasti v obdobju zorenja možganov v ontogenezi. S starostjo se sposobnost učenja zmanjšuje.

Sposobnost učenja je tesno povezana s sposobnostjo plastičnosti - sposobnostjo sinaptičnih stikov, da se med delovanjem funkcionalno reorganizirajo, katerih cilj je sinhronizacija nevronske aktivnosti in ustvarjanje mednevronskih mrež. Manifestacijo plastičnosti spremlja sinteza specifičnih beljakovin, ki opravljajo znane (na primer receptorske) ali neznane funkcije. Eden od udeležencev pri izvajanju tega programa je beljakovina S-100, ki spada med aneksine in se v možganih nahaja v posebej velikih količinah (ime je dobila po sposobnosti, da ostane topna pri 100-odstotni nasičenosti z amonijevim sulfatom pri nevtralnih vrednostih pH). Njena vsebnost v možganih je za nekaj velikostnih razredov večja kot v drugih tkivih. Kopiči se predvsem v glialnih celicah in se nahaja v bližini sinaptičnih stikov. Vsebnost beljakovine S-100 v možganih se začne povečevati 1 uro po učenju in doseže maksimum v 3-6 urah, pri čemer ostane na visoki ravni več dni. Injiciranje protiteles proti tej beljakovini v ventrikle možganov podgan moti sposobnost učenja živali. Vse to nam omogoča, da protein S-100 obravnavamo kot udeleženca pri ustvarjanju mednevronskih omrežij.

Molekularni mehanizmi plastičnosti živčnega sistema

Plastičnost živčnega sistema je opredeljena kot sposobnost nevronov, da zaznavajo signale iz zunanjega okolja, ki spreminjajo togi determinizem genoma. Plastičnost pomeni sposobnost spreminjanja funkcionalnega programa nevronske interakcije kot odziv na spremembe v zunanjem okolju.

Molekularni mehanizmi plastičnosti so raznoliki. Oglejmo si glavne na primeru glutamatergičnega sistema. V glutamatergični sinapsi se hkrati nahajajo receptorji z različnimi lastnostmi - tako ionotropni kot metabotropni. Sproščanje glutamata v sinaptično špranjo med vzbujanjem vodi do aktivacije kainatnih in AMPA-aktiviranih ionotropnih receptorjev, kar povzroči depolarizacijo postsinaptične membrane. Ko vrednost transmembranskega potenciala ustreza vrednosti mirujočega potenciala, glutamat ne aktivira NMDA receptorjev, ker so njihovi ionski kanali blokirani. Zaradi tega NMDA receptorji nimajo možnosti za primarno aktivacijo. Ko pa se začne depolarizacija sinaptične membrane, se magnezijevi ioni odstranijo z vezavnega mesta, kar močno poveča afiniteto receptorja do glutamata.

Aktivacija NMDA receptorjev povzroči vstop kalcija v postsinaptično cono skozi ionski kanal, ki pripada molekuli NMDA receptorja. Vnos kalcija opazimo tudi prek potencialno odvisnih Ca kanalov, ki jih aktivirajo kainatni in AMPA glutamatni receptorji. Zaradi teh procesov se vsebnost kalcijevih ionov v perimembranskih predelih postsinaptičnega območja poveča. Ta signal je prešibak, da bi spremenil aktivnost številnih encimov, občutljivih na kalcijeve ione, vendar je dovolj pomemben, da aktivira perimembransko fosfolipazo C, katere substrat je fosfoinozitol, in povzroči kopičenje inozitol fosfatov ter aktivacijo od inozitol-3-fosfata odvisnega sproščanja kalcija iz endoplazemskega retikuluma.

Tako aktivacija ionotropnih receptorjev ne povzroči le depolarizacije membrane v postsinaptični coni, temveč ustvari tudi pogoje za znatno povečanje koncentracije ioniziranega kalcija. Medtem glutamat aktivira metabotropne receptorje v sinaptičnem območju. Posledično je mogoče aktivirati ustrezne G-proteine, "vezane" na različne efektorske sisteme. Aktivirajo se lahko kinaze, ki fosforilirajo različne tarče, vključno z ionotropnimi receptorji, kar spreminja aktivnost kanalskih struktur teh formacij.

Poleg tega so na presinaptični membrani lokalizirani tudi glutamatni receptorji, ki imajo prav tako možnost interakcije z glutamatom. Metabotropni receptorji tega področja sinapse so povezani z aktivacijo sistema za odstranjevanje glutamata iz sinaptične špranje, ki deluje na principu ponovnega privzema glutamata. Ta proces je odvisen od aktivnosti Na-črpalke, saj gre za sekundarni aktivni transport.

Aktivacija NMDA receptorjev, prisotnih na presinaptični membrani, povzroči tudi povečanje ravni ioniziranega kalcija v presinaptičnem območju sinaptičnega terminala. Kopičenje kalcijevih ionov sinhronizira zlitje sinaptičnih veziklov z membrano in pospeši sproščanje mediatorja v sinaptično špranjo.

Ko v sinapso prispe vrsta ekscitatornih impulzov in je skupna koncentracija prostih kalcijevih ionov vztrajno povišana, lahko opazimo aktivacijo Ca-odvisne proteinaze kalpaina, ki razgradi enega od strukturnih proteinov fodrin, ki maskira glutamatne receptorje in preprečuje njihovo interakcijo z glutamatom. Tako sproščanje mediatorja v sinaptično špranjo med vzbujanjem ponuja vrsto možnosti, katerih izvedba lahko vodi do ojačanja ali zaviranja signala ali do njegove zavrnitve: sinapsa deluje po multivariatnem principu, pot, ki se v vsakem trenutku uresniči, pa je odvisna od različnih dejavnikov.

Med temi možnostmi je samouglaševanje sinapse za najboljši prenos ojačanega signala. Ta proces se imenuje dolgoročna potenciacija (LTP). Sestavljen je iz dejstva, da se pri dolgotrajni visokofrekvenčni stimulaciji odzivi živčne celice na vhodne impulze okrepijo. Ta pojav je eden od vidikov plastičnosti, ki temelji na molekularnem spominu nevronske celice. Obdobje dolgoročne potenciacije spremlja povečana fosforilacija določenih nevronskih beljakovin s specifičnimi protein kinazami. Eden od rezultatov povečanja ravni kalcijevih ionov v celici je aktivacija encimov, odvisnih od Ca (kalpain, fosfolipaze, Ca-kalmodulin-odvisne protein kinaze). Nekateri od teh encimov so povezani z nastajanjem aktivnih oblik kisika in dušika (NADPH oksidaza, NO sintaza itd.). Posledično se v aktiviranem nevronu lahko registrira kopičenje prostih radikalov, ki veljajo za sekundarne mediatorje regulacije metabolizma.

Pomemben, a ne edini rezultat kopičenja prostih radikalov v nevronski celici je aktivacija tako imenovanih genov zgodnjega odziva. Ta proces je najzgodnejši in najbolj prehoden odziv celičnega jedra na signal prostih radikalov; aktivacija teh genov se pojavi v 5–10 minutah in traja več ur. Ti geni vključujejo skupine c-fos, c-jun, c-junB, zif/268 itd. Kodirajo več velikih družin specifičnih proteinov regulatorjev transkripcije.

Aktivacija genov za takojšnji odziv poteka s sodelovanjem jedrskega faktorja NF-kB, ki mora za izvedbo svojega delovanja prodreti v jedro skozi jedrno membrano. Njegovo prodiranje preprečuje dejstvo, da je ta faktor, ki je dimer dveh proteinov (p50 in p65), v kompleksu z proteinskim inhibitorjem v citoplazmi in ne more prodreti v jedro. Inhibitorni protein je substrat za fosforilacijo s specifično proteinsko kinazo, nakar se disociira iz kompleksa, kar odpre pot NF-kB v jedro. Aktivacijski kofaktor proteinske kinaze je vodikov peroksid, zato val prostih radikalov, ki zajamejo celico, povzroči številne zgoraj opisane procese, ki vodijo do aktivacije genov za zgodnji odziv. Aktivacija c-fos lahko povzroči tudi sintezo nevrotrofinov ter nastanek nevritov in novih sinaps. Dolgotrajna potenciacija, ki jo povzroči visokofrekvenčna stimulacija hipokampusa, povzroči aktivacijo zif/268, ki kodira protein, občutljiv na Zn, ki veže DNA. Antagonisti receptorjev NMDA blokirajo dolgotrajno potenciranje in aktivacijo zif/268.

Eden prvih, ki je leta 1949 poskušal razumeti mehanizem analize informacij v možganih in razviti vedenjsko strategijo, je bil S. O. Hebb. Predlagal je, da bi se za opravljanje teh nalog v možganih morala oblikovati funkcionalna povezava nevronov – lokalno mednevronsko omrežje. M. Rosenblatt (1961) je te ideje izpopolnil in poglobil z oblikovanjem hipoteze o "nenadzorovanem učenju korelacijske baze". V skladu z idejami, ki jih je razvil, se lahko nevroni v primeru ustvarjanja serije razelektritev sinhronizirajo zaradi povezovanja določenih (pogosto morfološko oddaljenih druga od druge) celic s samouglaševanjem.

Sodobna nevrokemija potrjuje možnost takšnega samouglaševanja nevronov na skupno frekvenco in pojasnjuje funkcionalni pomen serije ekscitatornih "razelektritev" za ustvarjanje mednevronskih vezij. Z uporabo glutamatnega analoga s fluorescentno oznako in opremljenostjo s sodobno tehnologijo je bilo mogoče pokazati, da se lahko vzbujanje tudi pri stimulaciji ene sinapse razširi na dokaj oddaljene sinaptične strukture zaradi nastanka tako imenovanega glutamatnega vala. Pogoj za nastanek takega vala je ponovljivost signalov v določenem frekvenčnem načinu. Inhibicija glutamatnega transporterja poveča vključenost nevronov v proces sinhronizacije.

Poleg glutamatergičnega sistema, ki je neposredno povezan s procesi učenja (pomnjenja), pri oblikovanju spomina sodelujejo tudi drugi možganski sistemi. Znano je, da sposobnost učenja kaže pozitivno korelacijo z aktivnostjo holin acetil transferaze in negativno korelacijo z encimom, ki hidrolizira ta mediator - acetilholinesterazo. Zaviralci holin acetiltransferaze motijo proces učenja, zaviralci holinesteraze pa spodbujajo razvoj obrambnih refleksov.

Pri nastanku spomina sodelujejo tudi biogeni amini, norepinefrin in serotonin. Pri razvoju pogojnih refleksov z negativno (električna bolečina) okrepitvijo se aktivira noradrenergični sistem, pri pozitivni (hrana) okrepitvi pa se hitrost presnove noradrenergika zmanjša. Serotonin pa, nasprotno, olajša razvoj veščin v pogojih pozitivne okrepitve in negativno vpliva na nastanek obrambne reakcije. Tako sta serotonergični in noradrenični sistem v procesu utrjevanja spomina nekakšna antagonista, motnje, ki jih povzroča prekomerno kopičenje serotonina, pa je očitno mogoče kompenzirati z aktivacijo noradrenergičnega sistema.

Vloga dopamina pri uravnavanju spominskih procesov je večfaktorska. Po eni strani je bilo ugotovljeno, da lahko spodbudi razvoj pogojnih refleksov z negativno okrepitvijo. Po drugi strani pa zmanjšuje fosforilacijo nevronskih beljakovin (na primer beljakovine B-50) in inducira izmenjavo fosfoinozitidov. Domnevamo lahko, da je dopaminergični sistem vključen v konsolidacijo spomina.

Nevropeptidi, ki se sproščajo v sinapsi med vzbujanjem, sodelujejo tudi v procesih tvorbe spomina. Vazoaktivni črevesni peptid več tisočkrat poveča afiniteto holinergičnih receptorjev do mediatorja, kar olajša delovanje holinergičnega sistema. Hormon vazopresin, ki se sprošča iz zadnjega režnja hipofize in se sintetizira v supraoptičnih jedrih hipotalamusa, se z aksonskim tokom prenese v zadnji reženj hipofize, kjer se shrani v sinaptičnih veziklih, od tam pa se sprosti v kri. Ta hormon, pa tudi hipofizni adrenokortikotropni hormon (ACTH), nenehno delujeta v možganih kot regulatorja procesov spomina. Poudariti je treba, da se ta učinek razlikuje od njihove hormonske aktivnosti – fragmenti teh spojin, ki so brez te aktivnosti, imajo enak učinek na proces učenja kot celotne molekule.

Nepeptidni stimulansi spomina so praktično neznani. Izjemi sta orotat in piracetam, ki se pogosto uporablja v klinični praksi. Slednji je kemični analog gama-aminomaslene kisline in spada v skupino tako imenovanih nootropnih zdravil, katerih eden od učinkov je povečan možganski pretok krvi.

Preučevanje vloge orotata v mehanizmih utrjevanja spomina je povezano z zanimivostjo, ki je v drugi polovici 20. stoletja vzbujala zanimanje nevrokemikov. Zgodba se je začela z J. McConnellovimi poskusi razvoja pogojnega refleksa na svetlobo pri primitivnih ploščatih črvih, planarijah. Potem ko je ustvaril stabilen refleks, je planarijo prerezal na dva dela in preizkusil sposobnost učenja istega refleksa pri živalih, regeneriranih iz obeh polovic. Presenečenje je bilo, da niso imeli le posamezniki, pridobljeni iz glavnega dela, povečane sposobnosti učenja, ampak so se tudi tisti, regenerirani iz repa, učili veliko hitreje kot kontrolni posamezniki. Za učenje obeh je bilo potrebnih trikrat manj časa kot pri posameznikih, regeneriranih iz kontrolnih živali. McConnell je zaključil, da pridobljeno reakcijo kodira snov, ki se kopiči tako v glavnem kot v repnem delu planarije.

Reprodukcija McConnellovih rezultatov na drugih objektih je naletela na številne težave, zaradi česar je bil znanstvenik razglašen za šarlatana, njegovi članki pa niso bili več sprejeti za objavo v nobeni znanstveni reviji. Jezni avtor je ustanovil svojo revijo, kjer je objavljal ne le rezultate poznejših poskusov, temveč tudi karikature svojih recenzentov in dolge opise poskusov, ki jih je izvedel kot odgovor na kritične komentarje. Zahvaljujoč McConnellovemu zaupanju v lastno prav ima sodobna znanost priložnost, da se vrne k analizi teh izvirnih znanstvenih podatkov.

Omeniti velja, da tkiva "izkušenih" planarijev vsebujejo povečano vsebnost orotične kisline, ki je presnovek, potreben za sintezo RNK. Rezultate, ki jih je pridobil McConnell, lahko interpretiramo takole: pogoje za hitrejše učenje ustvarja povečana vsebnost orotata v "izkušenih" planarijih. Pri preučevanju učne sposobnosti regeneriranih planarijev ne naletimo na prenos spomina, temveč na prenos spretnosti v njeno oblikovanje.

Po drugi strani pa se je izkazalo, da ko pride do regeneracije planarij v prisotnosti RNaze, le posamezniki, pridobljeni iz fragmenta glave, kažejo povečano sposobnost učenja. Neodvisni poskusi, ki jih je konec 20. stoletja izvedel G. Ungar, so omogočili izolacijo 15-členskega peptida, imenovanega skotofobin (povzroča strah pred temo), iz možganov živali z refleksom izogibanja temi. Očitno sta tako RNA kot nekateri specifični proteini sposobni ustvariti pogoje za zagon funkcionalnih povezav (mednevronskih omrežij), podobnih tistim, ki so bile aktivirane pri prvotnem posamezniku.

Leta 2005 je minilo 80 let od rojstva McConnella, čigar poskusi so postavili temelje za preučevanje molekularnih nosilcev spomina. Na prelomu 20. in 21. stoletja so se pojavile nove metode genomike in proteomike, katerih uporaba je omogočila prepoznavanje vpletenosti nizkomolekularnih fragmentov transferne RNA v procese konsolidacije.

Nova dejstva omogočajo ponovni razmislek o konceptu nevpletenosti DNK v mehanizme dolgoročnega spomina. Odkritje RNA-odvisne DNK polimeraze v možganskem tkivu in prisotnost pozitivne korelacije med njeno aktivnostjo in sposobnostjo učenja kažeta na možnost sodelovanja DNK v procesih tvorbe spomina. Ugotovljeno je bilo, da razvoj pogojnih refleksov s hrano močno aktivira določena področja (gene, odgovorne za sintezo specifičnih beljakovin) DNK v neokorteksu. Ugotovljeno je bilo, da aktivacija DNK vpliva predvsem na področja, ki se v genomu redko ponavljajo, in jo opazimo ne le v jedrni, temveč tudi v mitohondrijski DNK, v slednji pa v večji meri. Dejavniki, ki zavirajo spomin, hkrati zavirajo te sintetične procese.

Nekateri stimulansi spomina (po: Ashmarin, Stukalov, 1996)

Specifičnost delovanja	Stimulansi
	Razredi povezav	Primeri snovi
Relativno specifični dejavniki	Regulatorni peptidi	Vasopresin in njegovi analogi, dipeptid pEOA, ACTH in njegovi analogi
	Nepeptidne spojine	Piracetam, gangliozidi
	Regulatorji metabolizma RNA	Orotat, RNA z nizko molekulsko maso
Sredstva širokega spektra	Nevrostimulatorji	Fenilalkilamini (fenamin), fenilalkiloidnonimini (sidnokarb)
	Antidepresivi	2-(4-metil-1-piperazinil)-10-metil-3,4-diazafenoksazin dihidroklorid (azafen)
	Modulatorji holinergičnega sistema	Holinomimetiki, zaviralci acetilholinesteraze

Tabela prikazuje primere spojin, ki spodbujajo spomin.

Možno je, da bo preučevanje vloge DNK v procesih oblikovanja spomina dalo utemeljen odgovor na vprašanje, ali obstajajo pogoji, pod katerimi se lahko oblikovane spretnosti ali vtisi dedujejo. Možno je, da je genetski spomin na starodavne dogodke, ki so jih doživeli predniki, osnova nekaterih še nepojasnjenih duševnih pojavov.

Po duhovitem, čeprav nedokazanem mnenju leti v sanjah, ki spremljajo končno oblikovanje zrelih možganov, ki jih vsak od nas doživi v mladosti, odražajo občutek letenja, ki so ga doživljali naši daljni predniki v času, ko so prenočevali na drevesih. Ni brez razloga, da se leti v sanjah nikoli ne končajo s padcem – navsezadnje tisti daljni predniki, ki se ob padcu niso imeli časa oprijeti vej, čeprav so ta občutek doživeli pred smrtjo, niso imeli potomcev...