Creierul acestei larve de pește zebră strălucește datorită markerilor fluorescenți cu care a fost tratat și care emit lumină în momentul în care există activitate neuronală
Datorită dezvoltării tehnicilor de imagistică, în special a celor de imagistică neuronală, a devenit posibilă înregistrarea modificărilor fiziologice și biochimice ce însoțesc procesul de formare a memoriei asociative, condiționate. Prin abordarea marcării chimice a sinapselor din creierul intact al peștelui zebră(Danio rerio), oamenii de știință au descoperit o cale de a explica natura abstractă a formării memoriei condiționate de un stimul extern (cam așa cum făcut și Pavlov cu al său câine).
Cuantificarea și descrierea modificărilor structurale și funcționale ale sistemului nervos, care stau la baza învățării și memoriei, reprezintă o provocare majoră pentru domeniul neuroștiinței. Deși, de-a lungul timpului, au fost studiate modificările activității neuronale survenite în urma formării memoriei, modificările structurale și arhitecturale care stau la baza acestora rămân încă puțin cunoscute.
Într-un studiu publicat în ianuarie în revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), o echipă de cercetători de la University of Southern California a reușit să vizualizeze „masa de amintiri” care se formează în creierul peștilor zebră (cele mai utilizate entități în experimentele de laborator), înregistrându-le la microscop în timp ce aceasta se transforma într-o regiune verde-fluorescentă. Din studiile anterioare, cercetătorii s-au așteptat ca procesul de codificare a memoriei, respectiv a noilor amintiri, să aibă loc prin modificarea ușoară a arhitecturii neuronale. În schimb, cercetătorii au descoperit că este vorba despre o reîmprospătare biochimică și fiziologică a conexiunilor deja realizate.
Cercetătorii au reușit să capteze modificările sinaptice din creierul peștilor zebră, modificări ce apar în timpul formării memoriei asociative, folosindu-se de sonde marcate fluorescent care țintesc specific țesutul nervos. Apoi, au analizat dinamica formării acestora folosindu-se de microscopia de iluminare selectivă cu plan (SPIM), dar nu au observat același lucru și în cazul eșantionului de pești folosiți drept control (care nu au fost supuși stimulului extern condiționat) sau în cazul eșantionului de pești care nu au reușit să asimileze stimulul extern, adoptându-l într-un reflex condiționat. Prin urmare, acest proces a fost observat doar la peștii zebră care au reușit „să învețe reflexul”, prin repetarea stimulului și a recompensei timp de o perioadă determinată.
Pentru a face acest proces vizibil și evident, Fraser și echipa sa au apelat la tehnici de inginerie genetică pentru a produce neuroni care să conțină un marker proteic fluorescent, atașat de sinapsele acestora. Ulterior, pentru a observa formarea noilor structuri, proteina marker urma să devină, în lumină UV, fluorescentă. Astfel, cercetătorii au reușit să vadă nu doar locația sinapselor noi formate, ci și cât de solide erau acestea (lumina emisă de marker-ul fluorescent era direct proporțională cu grosimea sinapselor, deci cu intensitatea conexiunilor noi formate în creierul peștilor zebră).
Pentru a induce procesul formării memoriei, echipa de cercetători au apelat la capacitatea peștelui zebră de a învăța un reflex condiționat (de fapt, pe asta se bazează, în general, și dresajul câinilor sau al altor animale): și-au propus să-l facă pe peștișor să asocieze o anumită culoare a luminii cu apa mult prea caldă dintr-un bazin. Astfel, larvele de pește zebră trebuiau să învețe că într-o anumită parte a bazinului, apar era mult prea caldă, deci deranjantă.
Cercetătorii au analizat paliumul (o regiune a creierului implicată în procesarea emoțiilor și formarea mai multor tipuri de memorie) înainte de formarea reflexului condiționat, respectiv după consolidarea acestuia, cu intenția de cuantifica modificările privitoare la localizarea noilor sinapse și conexiuni, precum și intensitatea acestora.
Studiile anterioare au sugerat faptul că amintirile se pot forma prin adăugarea de noi sinapse și „înlocuirea” celor mult prea vechi, însă rezultatele obținute de echipa de cercetători condusă de Fraser dezvăluie faptul că memoria este codificată într-un mod mult mai complex – reproductibilitatea și transparența rezultatelor denotă faptul că microstructura creierului pur și simplu se schimbă, arhitectural și biochimic, în momentul formării memoriei condiționate.
Studiul de față combină mai multe arii de activitate, printre care informatica, matematica, biochimia, imagistica și neuroștiința, biologia moleculară, pentru a realiza o cartografiere spațială în timp real a procesului formării memoriei, chiar la scară microcelulară. Rezultatele cercetătorilor oferă o legătură evidentă între studiile clasice și analizele moderne mult mai rafinate din punct de vedere protocolar. De asemenea, oferă și o perspectivă fundamentală asupra modului în care, în cele din urmă, structura creierului se află într-o legătură strânsă cu funcția acestuia.
