Distinct medial septal GABAergic pathways differentially regulate spatial memory and network activity

للتنقل في العالم، يجب على الدماغ بناء خريطة موثوقة لمحيطه وتحديثها لحظة بلحظة أثناء حركتنا. هذه القدرة، المعروفة باسم الذاكرة المكانية، تعتمد على حوار معقد بين مناطق مختلفة من الدماغ. وفي قلب هذا النظام يقع الحصين (hippocampus)، وهو بنية تقع في عمق الدماغ وتعمل كمركز محوري للموقع والسياق. وهو لا يعمل بمفرده؛ بل يتلقى مدخلات مستمرة من القشرة الشمية الداخلية (entorhinal cortex)، وهي بوابة تعمل على تصفية المعلومات الحسية قبل تمريرها. وللحفاظ على تزامن هذه الشبكة وعملها بسلاسة، ترسل مجموعة صغيرة من الخلايا في السهم الناصف (medial septum) إشارات إيقاعية إلى الحصين والقشرة الشمية الداخلية. تعمل هذه الإشارات مثل المايسترو، حيث تضمن أن النشاط الكهربائي لخلايا الدماغ البعيدة ينطلق في وقت واحد مع بعضه البعض. وبدون هذا التنسيق، يواجه الدماغ صعوبة في تكوين ذكريات واضحة حول أماكن الأشياء أو كيفية العثجور عليها مجددًا.

لسنوات، عرف العلماء أن السهم الناصف ضروري لهذه العملية، لكنهم لم يفهموا تمامًا كيف تساهم أجزاؤه المختلفة في أنواع محددة من الذاكرة. فالخلايا في هذه المنطقة ليست جميعها متشابهة؛ فبعضها يتميز ببروتين يسمى "بارفالفومين" (parvalbumin)، بينما يحمل البعض الآخر بروتينًا يسمى "كالبايندين" (calbindin). وقد اشتبه الباحثون في أن هاتين المجموعتين قد تؤديان وظائف مختلفة، ربما تتولى إحداهما إدارة المخطط طويل الأمد للمكان بينما تدير الأخرى التفاصيل الفورية لرحلة ما. ومع ذلك، نظرًا لأن هذه الخلايا ترسل فروعًا إلى وجهات متعددة في آن واحد، فقد كان من المستحيل معرفة ما إذا كان فشل الذاكرة ناتجًا عن مشكلة في الخلايا المصدر أم في المسار المحدد الذي اتخذته للوصول إلى وجهتها.

وضع فريق من الباحثين في جامعة هايدلبرغ ومركز أبحاث السرطان الألماني خطة لحل هذا اللغز من خلال تتبع المسارات الدقيقة التي تسلكها هذه الخلايا. وركزوا على ثلاثة أهداف محددة: الحصين الظهري (dorsal hippocampus)، وهو أمر بالغ الأهمية للذاكرة المكانية العامة، ومنطقتين في القشرة الشمانية الداخلية تُعرفان بالمنطقتين الإنسية والوحشية. وباستخدام تقنية دقيقة، قاموا بتعطيل خطوط الاتصال الخاصة بخلايا "البارفالفومين" أو خلايا "الكالبايندين" بشكل انتقائي عند وصولها إلى هذه الأهداف المحددة. ثم اختبروا الفئران في متاهة شعاعية ذات ثمانية أذرع، وهي لغز كلاسيكي يجب على الحيوانات فيه تذكر الأذرع التي تحتوي دائمًا على طعام وتلك التي لا تحتوي عليه أبدًا. سمحت هذه المهمة للعلماء بالفصل بين مهارتين متميزتين في الذاكرة: الذاكرة المرجعية، وهي معرفة القواعد الدائمة (مثل "هذا الذراع يحتوي دائمًا على طعام")، والذاكرة العاملة، وهي القدرة على تتبع ما حدث للتو خلال رحلة واحدة (مثل "لقد أكلت بالفعل من هذا الذراع").

كشفت النتائج عن تقسيم واضح للعمل يعتمد كليًا على وجهة الإشارة. فعندما قام الباحثون بتعطيل خلايا "البارفالفومين" أثناء دخولها إلى الحصين الظهري أو القشرة الشمانية الداخلية الإنسية، ارتكبت الفئران أخطاءً كبيرة في تذكر القواعد الدائمة للمتاهة؛ حيث كانت تتجول في أذرع لا تحتوي على طعام أبدًا، مما أظهر فقدانًا للذاكرة المرجعية. ومع ذلك، ظلت قدرتها على تتبع تحركاتها الأخيرة خلال تجربة واحدة سليمة. في المقابل، عندما تم تعطيل خلايا "الكالبايندين" أثناء دخولها إلى القشرة الشمانية الداخلية الإنسية، عانت الفئران من كلا النوعين من الذاكرة؛ فقد نسيت القواعد الدائمة وفشلت أيضًا في تذكر الأذرع التي زارتها للتو، مما يشير إلى انهيار في الذاكرة العاملة. ومن المثير للاهتمام أن تعطيل أي من نوعي الخلايا عند دخولهما إلى القشرة الشمانية الداخلية الوحشية لم يكن له أي تأثير على أداء الفئران، مما يشير إلى أن هذا المسار المحدد ليس حاسمًا لهذا النوع من المهام المكانية.

كما بحثت الدراسة في الإيقاعات الكهربائية التي تصاحب هذه الذكريات. وسجل الباحثون موجات الدماغ في القشرة الشمانية الداخلية الإنسية ووجدوا أن تعطيل خلايا "البارفالفومين" تسبب في انخفاض قوة إيقاع "ثيتا" (theta rhythm) في الدماغ، وهو تذبذب ثابت يساعد في تنظيم النشاط العصبي. أما تعطيل خلايا "الكالبايندين"، فلم يغير هذا الإيقاع على الإطلاق. ويشير هذا الاكتشاف إلى أنه بينما يعد كلا النوعين من الخلايا ضروريين للذاكرة، إلا أنهما يحققان ذلك من خلال آليات مختلفة. يبدو أن خلايا "البارفالفومين" تعمل كـ "ساعة رئيسية"، حيث تولد الموجات الإيقاعية التي تحافظ على تزامن الشبكة. ومن ناحية أخرى، يبدو أن خلايا "الكالبايندين" تدعم الذاكرة من خلال عملية مختلفة لا تعتمد على توليد هذه الموجات الدماغية المحددة.

تعمل هذه الاكتشافات على صقل فهمنا لكيفية بناء الدماغ للذاكرة. إنها ليست نظامًا واحدًا متجانسًا حيث تُعامل جميع الإشارات بالتساوي، بل يستخدم الدماغ مسارات متميزة للتعامل مع جوانب مختلفة من الملاحة المكانية. يوفر مسار "البارفالفومين" إلى الحصين والقشرة الشمانية الداخلية الإطار الإيقاعي والقواعد طويلة الأمد للبيئة. أما مسار "الكالبايندين" إلى القشرة الشمانية الداخلية الإنسية، فيضيف طبقة من التتبع المرن والفوري الذي يسمح للحيوان بتحديث موقعه في الوقت الفعلي. ومن خلال إظهار أن هذين النظامين يعملان بشكل مستقل ويستهدفان وظائف ذاكرة مختلفة، يسلط البحث الضوء على التخصص المعقد المطلوب ليقودنا الدماغ عبر العالم. إنه يشير إلى أن الذاكرة لا تتعلق فقط بامتلاك خريطة، بل بامتلاك أدوات مختلفة لقراءة تلك الخريطة اعتمادًا على ما إذا كنت تبحث عن معلم دائم أو تتبع خطوتك الأخيرة.