Susumu Tonegawa의 Presence는 Massachusetts Institute of Technology의 Picower Institute for Learning and Memory의 문을 통과하자마자 스스로를 발표합니다. Tonegawa의 3 피트 높이의 액자 사진은 천장이 높은 로비의 전면과 중앙에 서 있으며, 최근 연구 하이라이트의 반복되는 무지개 색조 클립을 연주하는 화면 옆에 있습니다.
그러나 초상화의 남자는 스포트라이트를 찾는 사람 일뿐입니다. 대부분의 날, 그는 Picower의 5 층을 구성하는 실험실과 사무실의 뚫을 수없는 Warren에 휩싸였습니다. 사진에서 두껍고 어두운 그의 머리카락은 이제 정복 된은입니다. 오늘날 느슨하게 드레이프 블루 카디건은 완벽한 양복 재킷을 대체합니다. 그의 수용적이고 부드러운 말은 확립 된 교리의 스매커 또는 적어도 깊고 지배적 인 구멍의 포커로서의 명성에 달려 있습니다.
그의 MIT 신경 과학자 동료 인 Dheeraj Roy 및 다른 사람들과 함께 Tonegawa는 뇌 과학의 기본 가정을 상향 조정하고 있습니다. 올해 초, 그는 메모리 저장과 검색이 오랫동안 생각한 것과 같은 두 뇌 회로에서 발생한다고보고했다. 그의 팀은 또한 나중에 장기 저장 공간으로 이동하기보다는 뇌의 단기 및 장기 저장 공간에서 이벤트 형태에 대한 기억이 동시에 형성되었음을 보여주었습니다. 가장 최근에 (그리고 tantalized) 그의 실험실은 언젠가는 현재 반박 할 수없는 기억을 의식적 인식으로 되돌릴 수있는 방법이 될 수있는 것을 보여 주었다.
MIT의 Picower Biology and Neuroscience 교수 인 Tonegawa는 1980 년대에 Maverick 정체성을 처음으로 개척했습니다. 스위스의 바젤 면역학 연구소 (Basel Institute for Immunology)에서 그는 이론을 처음으로 이론적으로, 화려하게 본다. 면역 세포는 DNA를 재구성하여 소수의 유전자로부터 수백만 가지의 다른 항체를 생성했다. 그의 발견은 그에게 1987 년에 노벨상을 수상했으며, 이는 대형 로비 초상화를 설명합니다. 대부분의 연구자들은 현장에 머물면서 관심을 끌었을 것이지만 Tonegawa는 면역학을 완전히 남겼습니다. 그는 다음 수십 년 동안 세포 수준에서 기억의 마스터 작업으로 자신을 재창조했습니다.
그의 전문적인 위상에도 불구하고 Tonegawa는 TED-Circuit 정기적이거나 스타트 업 개념이 아닙니다. 그는 자신의 아이디어 나 페르소나를 팔지 않고 자신의 데이터가 스스로 말하는 것을 선호합니다. 그리고 그들은 아마도 그의 동료들이 원하는 것보다 더 큰 소리로 할 것입니다. 토론토 병원의 신경 과학자 인 Sheena Josselyn은“그가 계속 방해하고 혁신하는 방식은 정말 인상적입니다. “그는 힘든 질문을 다루고 있습니다. 그는 쉽고 기대되는 일을하지 않습니다.”
세포에 의한 기억 셀 추적
Tonegawa를 만나자, 나는 그의 명성을 그의 직업의 약간 번거로운 부작용이라고 생각했다. 내가 그의 사무실을 방문한 날, 그는 동료와 함께 연구 헛간에 몰두했으며, 자신의 여정을 다시 방문하기 위해 마지 못해 헤어졌습니다. 그는 전체 면역학 부업은 사고의 것으로 말했다. 그의 진정한 사랑은 항상 분자 생물학이었고 면역학은 그에 대한 매혹적인 표현이라고 말했다. 그는 미국의 취업 허가가 부족했기 때문에 주로 바젤에서 끝났다. "면역학은 나에게 일시적인 관심이었다"고 그는 말했다. “새로운 일을하고 싶었습니다.”
프랜시스 크릭과 다른 유명한 생물 학자들이 미래의 물결로 선전하고있는 신경 과학으로 밝혀졌습니다. 1980 년대 후반과 90 년대 초반, 연구원들은 뇌의 세포 및 분자 작용이 그 능력을 어떻게 뒷받침하는지에 대해 상대적으로 거의 알지 못했으며, 탐구되지 않은 영토를 매핑하는 것보다 흥분된 톤가와는 아무것도 흥분하지 않았습니다.
그러나 Tonegawa의 Brain Science에 대한 벤처는 자신의 조사 기술 중 일부를 가져 왔기 때문에 완전한 전환이 아니 었습니다. 그는 면역학 연구에서 트랜스 제닉 (유전자 변형) 마우스를 사용하여 특정 유전자를 제압하고 신체적 효과를 관찰했으며, 학습과 기억의 생물학적 기초를 밝히기 위해 유사한 접근법을 사용했습니다. 초기 MIT 연구에서, 그는 장기 기억을 강화하는 데 중요한 것으로 생각되는 특정 효소를 생산하지 않은 마우스를 자란다. 돌연변이 마우스의 거동은 대부분 정상적인 것처럼 보였지만, 추가 테스트는 공간 학습에 결함이 있음을 보여 주었고, 그 과정에서 효소의 주요 역할을 확인했습니다.
.그 유명한 결과로 Tonegawa는 출발했습니다. 약 10 년 전, 그는 Optogenetics라는 기술을 사용하여 부분적으로 새로운 수준의 정밀도로 작업 할 수있었습니다. Stanford University BioEngineer Karl Deisseroth 및 기타에 의해 개발 된이 기술은 실험실 동물의 유전자를 변형시켜 그들의 세포가 녹색 조류에서 유래 한 Channelrhodopsin이라는 광에 민감한 단백질을 발현하는 것을 포함합니다. 그런 다음 연구원들은 광 섬유를 통해 이들 세포를 빛나게함으로써 이들 세포를 활성화시킬 수있다. Tonegawa와 그의 동료들은 뇌의 지정된 지역에서 명령에 대한 신경 활동을 생성하기 위해 Optogenetics를 사용합니다.
이 방법으로 Tonegawa는 메모리 형성 및 저장에 대한 기존 이론이 잘못되었거나 최소한 불완전하다는 것을 보여줄 수있었습니다. 지난 여름 Roy 및 다른 동료들과 함께 그는 신경 과학 교리와는 달리 특정 기억을 만드는 해마라고 불리는 뇌 구조의 신경 회로는 나중에 기억을 회상하는 동일한 회로가 아니라고보고했습니다. 대신 메모리를 검색하려면 과학자들이 주 메모리 형성 회로 바로 옆에있는 해마의 서브 컬럼에서 과학자들이 "우회 회로"라고 부르는 것이 필요합니다.
Roy는 저의 발견을 설명하기 위해 실험실에서 확대 된 뇌 슬라이스의 이미지를 불렀습니다. "당신이보고있는 것은 마우스의 해마 섹션입니다." 그는 오른쪽 상단에 빛나는 녹색 뉴런의 조밀 한 구름 (subiculum 자체)에 몸짓을했으며 그의 팀은 마우스를 유전자 조작하여 아미 쿨럼의 뉴런에서만 채널로 팝신을 생성했다고 설명했다. 그와 그의 팀은 파이프 인 레이저 조명으로 이러한 아미 큘럼 뉴런을 활성화 또는 비활성화하여 주변 뉴런을 영향을받지 않았습니다.
.이 생물학적 스위치로 무장 한 연구원들은 아미 쿨럼 뉴런을 켜고 끄기 위해 켜졌다. 놀랍게도, 그들은 특정 케이지 내부가 서브 키 큘럼 뉴런이 꺼질 때의 두려움을 보여주는 것을 멈추지 않았을 때 마우스가 두려워하는 것을 보았습니다. 마우스는 두려운 기억을 밟을 수 없었으며, 이는 소형이 리콜을 위해 필요하다는 것을 의미했습니다. 그러나 연구원들이 두려운 연관성을 가르치는 동안 서 핵심 뉴런을 끄는 경우, 마우스는 나중에 기억을 쉽게 회상했다. 따라서 해마의 별도 부분이 메모리를 인코딩해야합니다. 마찬가지로, 팀이 메인 해마 회로를 켜고 끄면 메모리 형성에 대한 책임이 있지만 리콜에 대한 것이 아니라는 것을 알았습니다.
.왜 뇌가 다른 회로를 사용하여 기억을 형성하고 기억하는지 설명하기 위해 Roy는 편의의 문제로 부분적으로 그것을 틀었습니다. "우리는 이러한 평행 회로가 기억을 빠르게 업데이트하는 데 도움이된다고 생각합니다." 동일한 해마 회로가 저장 및 검색에 사용 된 경우, 새로운 메모리를 인코딩하는 데 수백 밀리 초가 걸립니다. 그러나 하나의 회로가 새로운 정보를 추가하는 반면 우회 회로가 동시에 비슷한 기억을 불러 내면 과거의 지식을 현재 상황에 훨씬 더 빨리 적용 할 수 있습니다. Roy는“이제 수십 밀리 초의 순서를 업데이트 할 수 있습니다.
그 차이는 위험에 처한 생물에게 결정적인 것으로 판명 될 수 있으며, 수백 밀리 초가 포식자 스코틀랜드에서 벗어나는 것과 저녁 식사가되는 것의 차이를 의미 할 수 있습니다. 병렬 회로는 또한 현재 정보를 구식의 추억과 통합하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 친구 Shannon과의 새로운 대화에 대한 기억은 기존의 Shannon의 기억에 원활하게 추가 될 수 있습니다.
.추억이 어떻게 형성되는지 재평가
다른 메커니즘이 메모리 형성 및 리콜을 제어한다는 것을 밝히는 것 외에도 Tonegawa, Roy 및 그들의 동료 타카시 키타무라 (최근 MIT에서 텍사스 대학교 남서부 의료 센터로 이사 한)는 기억 형성 자체가 예기치 않게 복잡하다는 것을 보여주었습니다. 그들의 연구는 단기 기억의 장기 기억으로의 변화와 관련된 뇌 변화에 관한 것이었다. (마우스 실험에서, 단기 기억은 지난 며칠 내에서 사건의 회상을 말합니다. 때로는 몇 분 또는 몇 시간 만에 깜박 거리는 더 일시적인 신경 인상과 구별하기 위해 최근 메모리라고 불리는 경우가 있습니다. 장기 메모리는 2 주 이상의 순서에서 발생한 사건을 보유합니다.)
.신경 과학에서 수십 년 동안 가장 널리 받아 들여지는 모델은 단기 기억이 해마에서 빠르게 형성되고 나중에 장기 저장을 위해 뇌 표면 근처의 전두엽 피질로 전달된다고 주장했다. 그러나 Tonegawa의 팀은 최근 Science 에서보고했습니다 그 새로운 기억은 동시에 두 위치에서 형성됩니다.
Tonegawa의 실험실이 독특한 기억을 보유한 Engram 세포로 알려진 뇌 세포를 강조하는 방법을 제시 한 2012 년에 그 발견으로가는 도로가 시작되었습니다. 그는 생쥐가 새로운 환경을 섭취 할 때 특정 유전자가 뇌에서 활성화된다는 것을 알고있었습니다. 따라서 그의 팀은 마우스에있는 이들 "경험 학습"유전자의 발현을 채널로 팝신 유전자와 연결시켜 학습 사건 동안 활성화 된 정확한 세포가 빛을 발할 것이다. Tonegawa는“이 기억을 실제로 보유하고있는 세포임을 보여줄 수 있습니다.”Tonegawa는 다음과 같이 말했습니다.“레이저 조명으로 뉴런 만 재 활성화되면 동물은 그 기억을 상기하는 것처럼 행동합니다.”
.새로운 과학 연구에 따르면, 팀은이 기술을 사용하여 학습 세포가 빛에 반응하는 마우스를 만듭니다. 그들은 각 마우스를 특별한 새장에 넣고 발에 가벼운 전기 충격을 전달하여 마우스를 이끌어 케이지의 두려운 기억을 형성했습니다. 하루 후, 그들은 각 마우스를 케이지로 돌려주고 뇌를 비추기 위해 뇌 세포를 활성화시켰다.
.예상 한 바와 같이, 단기 기억에 관여하는 해마 세포는 레이저 광에 반응했다. 그러나 놀랍게도, 전두엽 피질의 소수의 세포도 반응했다. 피질 세포는 예상 일정보다 훨씬 앞서 발 충격에 대한 기억을 형성했습니다.
그러나 연구자들은 피질 세포가 레이저 빛으로 조기에 활성화 될 수 있지만, 마우스가 발 충격이 발생한 케이지로 돌아 왔을 때 자발적으로 발사되지 않았다는 것을 알아 차렸다. 연구자들은이 피질 세포를 기억에 포함했지만 자연 리콜 큐에 반응하지 않았기 때문에이 피질 세포를“침묵 조각”이라고 불렀습니다. 그러나 다음 몇 주 동안,이 세포들은 성숙해 보였고 기억을 회상하는 데 필수적이되었습니다.
Tonegawa는“역학은 해마 조각상이 처음에는 활성화되어 내려 가고 전두엽 피질 조각이 처음에는 침묵하고 천천히 활성화된다”고 Tonegawa는 말했다. 추억이 어떻게 세워지고 저장되는지에 대한 이러한 자세한 이해는 새로운 기억의 형성을 돕는 약물의 발달을 알 수 있습니다.
그러나 신경 과학 공동체의 일부는 이와 같은 결과의 중요성을 해석하는 데 신중한 것이 신중하다고 생각합니다. 작년에 Tonegawa의 MIT 동료 인 Andrii Rudenko와 Li-Huei Tsai는 Engram Science가 여전히 너무 새롭기 때문에 Engram 세포가 어떻게 작동하는지 정확히 알지 못하거나 어떤 세포가 기억의 부분을 포함하는지를 강조했습니다. "이 초기에 기능적 기억 엔그램 조사에서 우리는 여전히 많은 중요한 질문에 대한 만족스러운 답변이 없습니다."
.Tonegawa는 뇌에 잠재적으로 외부 적으로 활성화 될 수있는 침묵의 조각이 포함되어 있다고 주장했다. "그것은 과학계가 우리의 생각을 업데이트하거나 실험을 시도하기 위해 실험을 시도하도록 강요합니다."라고 그녀는 말했습니다.
침묵의 추억을 생명에 가져 오는
그것을 둘러싼 불확실성에도 불구하고, 사일런트 엔 그램 컨셉은 우리에게 숨겨진 기억에 접근 할 수 있다는 매혹적인 전망, 특히 Roy가 계속 탐구하는 전망을 제공합니다. 10 월, 그는 과학자와 비 과학자들로부터 흥분한 이메일을 생성하는 Tonegawa와 함께 논문을 발표했습니다. 이 논문의 블록버스터 발견 중 하나는 적어도 마우스에서는 레이저 라이트 또는 광 섬유를 사용하지 않고 침묵 조각을 깨울 수 있다는 것입니다.
로이는이 팀이 스스로에게 물었던 질문은 비 침습적 치료로 숨겨진 기억을 영구적으로 활동할 수 있는지 여부라고 말했다. PAK1이라는 세포 단백질은 뉴런 사이의 의사 소통을 허용하는 수지상 척추 또는 돌출부의 성장을 자극하며, Roy는 뇌 세포로 이송 될 때이 단백질이 조용한 조각을 직접적인 인식으로 되돌려 놓을 수 있다는 직원을 가졌습니다. "우리는 더 많은 돌출부를 만들 수있는 하나의 유전자를 인위적으로 넣을 수 있습니까?" 그는이 접근법이 Optogenetics보다 간단 할 수 있음을 흥분하게 물었다.
이러한 가능성을 테스트하기 위해, 연구원들은 먼저 케이지의 마우스에 가벼운 충격을 주면서 일반적으로 장기 기억을 강화하는 단백질을 만드는 능력을 억제했습니다. 이 마우스가 나중에 같은 케이지로 돌아 왔을 때, 그들은 두려움을 보이지 않았으며, 이는 큐에 대한 반응으로 자연스럽게 충격을 회상하지 않았 음을 나타냅니다. 그러나 레이저 라이트는 여전히 마우스의 두려운 반응을 켜면 기억이 여전히 사일런트 엔 그램 형태로 존재한다는 것을 의미했습니다.
팀이 PAK1 유전자로 이들 마우스를 주사하여 단백질을 과도하게 생성 할 때, 동물은 끔찍한 케이지에 들어갈 때 자발적으로 얼어 붙었다. 그들은 새장의 기억을 스스로 기억하고있었습니다. Roy는 PAK1이 관리되면“4 일 동안 기다렸다가 자연스러운 신호로 회복합니다.”라고 Roy는 말했습니다. 앞으로 그는 뇌의 기억 세포에 들어가는 PAK1 분자의 치료 적 주사는 사람들의 조용한 기억도 깨울 수 있다고 덧붙였다.
."그래서 그것은 단지 주사 단백질일까요?" 나는 물었다.
“맞습니다 - 단백질 하나가있는 분자 수송 체. 사람들은 이미 단백질을 뇌 세포에 넣는 방법이 있습니다. 더 이상 그렇게 멀리 떨어져 있다고 생각하지 않습니다.”
우리의 모든 마음이 올바른 활성화가 의식적 인식으로 다시 등장하기를 기다리는 수백 또는 수천 개의 조용한 기억을 가지고 있다고 생각하는 것은 놀라운 일입니다. Roy의 발견이 인간에게 진실된다면, 숨겨진 기억의 검색은 언젠가 독감 예방 주사를 얻는 것만 큼 쉽게 시작할 수 있습니다. “평범한 사람에게 그렇게하면 어떻게 될까요? 무엇이 홍수 될까요?” 나는 물었다. "그 경험은 어떻습니까?"
로이는“나에게도 매우 공상 과학. “우리 가족은‘이 모든 것이 진짜입니까?’라고 말합니다.‘그래, 거짓말이 아니에요!’
몇 분 후, Tonegawa의 사무실로 돌아와서 나는 그에게 같은 질문을했다. 재 활성화 된 침묵 조각은 알츠하이머 환자, 폭발적인 폭발에서 살아남은 병사들과 접촉 스포츠에서 선수들과 같은 기억 문제가있는 사람들을 허용 할 수 있습니다. (확실히,이 사람들은 종종 조건이 진행되고 너무 많은 뇌 세포가 죽기 전에 그러한 치료를 일찍 가져와야 할 것입니다.) Roy와 Tonegawa의 과거 연구는인지에 어려움이있는 사람들이 단순히 기억할 수없는 많은 저장된 추억을 가지고 있다고 제안합니다. 그러나 우리의 기억을 채굴하고 싶어하는 나머지 사람들은 어떻습니까?
Tonegawa는 고려하기 위해 잠시 멈췄다. "이러한 조용한 기억이 나올 수있을 것"이라고 그는 말했다. "척추 밀도를 인위적으로 증가 시키면 척추 형성을 촉진하는 효소를 주입하면, 침묵 조각을 활성 조각으로 변환 할 수 있습니다."
.그래도 그를 더 압박했을 때, 그는주의를 기울였습니다. 마치 그가 나와 같은 사람들이 가능성을 가지고 도망 가서 내 기대를 밟고 싶어하는 것을 듣는 데 익숙한 것처럼 보였습니다. 그의 실험실은 며칠 후에 마우스의 조용한 엔그램을 성공적으로 재 활성화했지만, 조용한 조각이 매우 오래 지속되었다는 보장은 아니라고 그는 말했다. 그리고 일단 특정 기억을 암호화하는 세포가 노년이나 치매에서 죽어 가면, 어떤 종류의 단백질을 주사하든 게임 오버가 될 수 있습니다. Tonegawa는 Roy를 지적했습니다. “그의 이름을 기억하지 못할 것입니다.”
그의 인내심은 사라지는 것처럼 보였다. 그분의 반대자들은 그가 마약 특허 나 빠른 치료법을 추구하거나 완벽한 리콜의 이상적인 것이 아니라 사물의 본질적인 본질을 가진 학생이라고 주장하고 싶었습니다. "나는 농담을 알고있다"고 그는 암호로 말했다. “단백질이나 유전자를 주입하지는 않지만 외부 뇌를 유지합니다. 나는 그 뇌에 정보를 가지고 있습니다.” 그는 다시 로이를 지적했다. "내가해야 할 유일한 일은 그 사람과 관계가 있다는 것입니다."라고 그는 설명했습니다. 추적 및 잠금 해제의 마법사는 또한 뇌가 섬이라는 것을 믿는다는 것을 아는 것은 편안합니다. 그는“모든 것을 암기하지 않는 것이 좋습니다.”
이 기사는 Wired.com에서 재 인쇄되었습니다.
