Mälu: mälu neurokeemilised mehhanismid

Kuigi üksiku närviraku toimimise molekulaarseid mehhanisme on uuritud paljudes nende ilmingutes ja sõnastatud neuronitevaheliste ühenduste korraldamise põhimõtted, on endiselt ebaselge, kuidas neuronite molekulaarsed omadused tagavad informatsiooni salvestamise, taasesitamise ja analüüsi - mälu.

Asjaolu, et omandatud teadmised (nagu ka moraalsed põhimõtted) ei pärandu edasi ning uued põlvkonnad peavad neid uuesti õppima, lubab meil arvata, et õppimine on uute neuronitevaheliste ühenduste loomise protsess ning teabe meeldejätmise tagab aju võime neid ühendusi vajadusel taastoota (aktiveerida). Kaasaegne neurokeemia ei suuda aga veel esitada järjepidevat teooriat, mis kirjeldaks, kuidas elavas ajus toimub välismaailma tegurite analüüs. Saame vaid välja tuua probleemid, millega neurobioloogia eri valdkondade teadlased intensiivselt tegelevad.

Peaaegu kõik loomaliigid on võimelised mingil määral analüüsima väliskeskkonna muutusi ja neile adekvaatselt reageerima. Samal ajal on organismi korduv reaktsioon välismõjudele sageli erinev esmasest kokkupuutest. See tähelepanek näitab, et elussüsteemidel on õppimisvõime. Neil on mälu, mis säilitab looma isikliku kogemuse, mis kujundab käitumuslikke reaktsioone ja võib erineda teiste isendite kogemusest.

Bioloogiline mälu on mitmekesine. See pole omane ainult ajurakkudele. Näiteks immuunsüsteemi mälu salvestab pikka aega (sageli kogu eluks) teavet võõra antigeeni kohta, mis on kunagi kehasse sattunud. Uuesti kohtudes käivitab immuunsüsteem antikehade moodustumise reaktsiooni, mis võimaldab infektsiooni kiiresti ja tõhusalt võita. Kuid immuunsüsteem "teab", kuidas reageerida teadaolevale tegurile, ja tundmatu agensiga kohtudes peab see välja töötama uue käitumisstrateegia. Närvisüsteem, erinevalt immuunsüsteemist, suudab õppida looma käitumisstrateegia uutes oludes, mis põhineb "elukogemusel", mis võimaldab tal välja töötada tõhusa vastuse tundmatule ärritajale.

Mälu molekulaarsete mehhanismide uurimisel tuleb vastata järgmistele peamistele küsimustele: millised ainevahetuslikud muutused toimuvad neuronites välise stiimuli mõjul, võimaldades vastuvõetud teavet teatud (mõnikord pika) aja jooksul säilitada; millisel kujul vastuvõetud teavet säilitatakse; kuidas seda analüüsitakse?

Varajases eas toimuva aktiivse õppimise protsessi käigus täheldatakse muutusi neuronite struktuuris, suureneb sünaptiliste kontaktide tihedus ning gliaal- ja närvirakkude suhe. Raske on eristada aju küpsemise protsessi struktuurimuutustest, mis on mälu molekulaarsed kandjad. Siiski on selge, et intellekti täielikuks arenguks on vaja lahendada väliskeskkonna esitatud probleeme (meenutagem Mowgli fenomeni või vangistuses kasvatatud loomade kohanemisprobleeme eluga looduses).

20. sajandi viimasel veerandil püüti detailselt uurida A. Einsteini aju morfoloogilisi tunnuseid. Tulemus oli aga üsna pettumust valmistav – ei ilmnenud mingeid tunnuseid, mis eristaksid seda tänapäeva inimese keskmisest ajust. Ainsaks erandiks oli gliaal- ja närvirakkude suhte kerge (ebaoluline) ületamine. Kas see tähendab, et molekulaarsed mäluprotsessid ei jäta närvirakkudesse nähtavaid jälgi?

Teisest küljest on juba ammu kindlaks tehtud, et DNA sünteesi inhibiitorid ei mõjuta mälu, samas kui transkriptsiooni ja translatsiooni inhibiitorid halvendavad meeldejätmisprotsesse. Kas see tähendab, et teatud aju neuronites olevad valgud on mälu kandjad?

Aju korraldus on selline, et peamised funktsioonid, mis on seotud väliste signaalide tajumise ja neile reageerimisega (näiteks motoorse reaktsiooniga), lokaliseeruvad ajukoore teatud osades. Seejärel peaks omandatud reaktsioonide (tingitud reflekside) teke kujutama endast ajukoore vastavate keskuste vaheliste "ühenduste sulgemist". Selle keskuse eksperimentaalne kahjustus peaks hävitama selle refleksi mälu.

Eksperimentaalne neurofüsioloogia on aga kogunud palju tõendeid selle kohta, et omandatud oskuste mälu on jaotunud aju eri osadesse ega ole koondunud ainult kõnealuse funktsiooni eest vastutavasse piirkonda. Labürindis navigeerimiseks treenitud rottidel tehtud katsed ajukoore osalise kahjustusega on näidanud, et kahjustatud oskuse taastamiseks kuluv aeg on proportsionaalne kahjustuse ulatusega ega sõltu selle lokaliseerimisest.

Tõenäoliselt hõlmab käitumise arendamine labürindis terve hulga tegurite (haistmis-, maitsmis-, nägemismeele) analüüsi ning selle analüüsi eest vastutavad ajupiirkonnad võivad asuda aju erinevates piirkondades. Seega, kuigi iga käitumusliku reaktsiooni komponendi eest vastutab teatud ajupiirkond, toimub üldine reaktsioon nende interaktsiooni kaudu. Sellest hoolimata on ajus avastatud piirkonnad, mille funktsioon on otseselt seotud mäluprotsessidega. Need on hipokampus ja amügdala, samuti talamuse keskjoone tuumad.

Neurobioloogid nimetavad kesknärvisüsteemi muutuste kogumit, mis on seotud teabe (pildi, käitumistüübi jne) salvestamisega, engrammiks. Kaasaegsed ideed mälu molekulaarsete mehhanismide kohta näitavad, et üksikute ajustruktuuride osalemine teabe meeldejätmise ja salvestamise protsessis ei seisne mitte spetsiifiliste engrammide salvestamises, vaid teabe salvestamiseks, salvestamiseks ja reprodutseerimiseks mõeldud närvivõrkude loomise ja toimimise reguleerimises.

Üldiselt näitavad käitumuslike reflekside ja aju elektrilise aktiivsuse uurimisel kogunenud andmed, et nii käitumuslikud kui ka emotsionaalsed elu ilmingud ei ole lokaliseeritud aju kindlas neuronite rühmas, vaid väljenduvad suure hulga närvirakkude interaktsioonide muutustes, peegeldades kogu aju toimimist tervikliku süsteemina.

Termineid lühimälu ja pikaajaline mälu kasutatakse sageli uue teabe meeldejätmise protsessi kirjeldamiseks aja jooksul. Lühiajalises mälus saab teavet säilitada sekundi murdosast kuni kümnete minutiteni, samas kui pikaajalises mälus võib teavet mõnikord säilitada terve elu. Esimese mälutüübi teiseks muutmiseks on vajalik nn konsolideerimisprotsess. Mõnikord eristatakse seda vahemälu eraldi etapina. Kuid kõiki neid termineid, mis ilmselt peegeldavad ilmseid protsesse, pole veel täidetud reaalsete biokeemiliste andmetega.

Mälu tüübid ja nende modulatsioon (põhineb: Ashmarin, 1999)

Mälu tüübid	Inhibiitorid, toimed
Lühiajaline mälu	Elektrošokk, antikolinergilised ained (atropiin, skopolamiin), galaniin, US1 (süstimine aju teatud piirkondadesse)
Vahemälu (konsolideerimine)	Energia metabolismi inhibiitorid, ouabain, hüpoksia, RNA ja valgusünteesi inhibiitorid (anisomütsiin, tsükloheksiid, puromütsiin, aktinomütsiin O, RNaas), neurospetsiifiliste valkude antikehad (vasopressiin, valk B-100), 2-amino-5-fosforovaleriinhape (6-ARU)
Pikaajaline (eluaegne) mälu	Inhibiitorid, mis seda pöördumatult häirivad, on teadmata. Osaliselt pärsitakse atropiini, diisopropüülfluorofosfaadi ja skopolamiiniga.

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

Lühiajaline mälu

Lühiajaline mälu, mis analüüsib erinevatest meeleorganitest tulevat informatsiooni ja töötleb seda, realiseerub sünaptiliste kontaktide osalusel. See tundub ilmne, kuna aeg, mille jooksul need protsessid toimuvad, ei ole proportsionaalne uute makromolekulide sünteesi ajaga. Seda kinnitab lühiajalise mälu pärssimise võimalus sünaptiliste inhibiitorite poolt ja selle tundetus valgu- ja RNA-sünteesi inhibiitorite suhtes.

Konsolidatsiooniprotsess võtab kauem aega ega mahu rangelt määratletud intervalli (kestab mõnest minutist mitme päevani). Tõenäoliselt mõjutavad selle perioodi kestust nii teabe kvaliteet kui ka aju seisund. Teave, mida aju peab ebaoluliseks, ei kuulu konsolideerimisele ja kaob mälust. Jääb saladuseks, kuidas otsustatakse teabe väärtuse küsimus ja millised on konsolidatsiooniprotsessi tegelikud neurokeemilised mehhanismid. Juba konsolidatsiooniprotsessi kestus võimaldab meil arvata, et see on aju pidev seisund, mis pidevalt viib ellu "mõtteprotsessi". Analüüsiks ajju siseneva teabe mitmekesine olemus ja konsolidatsiooniprotsessi inhibiitorite lai valik, mis erinevad oma toimemehhanismilt, võimaldavad meil eeldada, et selles etapis on interaktsioonis kaasatud mitmesugused neurokeemilised mehhanismid.

Tabelis loetletud ühendite kasutamine konsolideerumisprotsessi inhibiitoritena põhjustab katseloomadel amneesiat (mälukaotust) – võimetust omandatud käitumisoskust taastoota või saadud teavet kasutamiseks esitada.

On huvitav, et mõned inhibiitorid näitavad oma mõju alles pärast meeldejäetava informatsiooni esitamist (retrograadne amneesia), teised aga alles sellele eelneval perioodil (anterograadne amneesia). Laialdaselt on teada katsed kanade õpetamisel eristama teravilja mittesöödavatest, kuid sarnase suurusega objektidest. Valgusünteesi inhibiitori tsükloheksiidi viimine kanade ajju ei seganud õppeprotsessi, kuid takistas täielikult oskuse kinnistumist. Seevastu Na-pumba (Na/K-ATPaasi) inhibiitori ouabaiini sisseviimine pärssis õppeprotsessi täielikult, mõjutamata juba moodustunud oskusi. See tähendab, et Na-pump osaleb lühiajalise mälu kujunemises, kuid ei osale konsolideerumisprotsessides. Lisaks näitavad tsükloheksiidiga tehtud katsete tulemused, et uute valgumolekulide süntees on vajalik konsolideerumisprotsesside jaoks, kuid mitte lühiajalise mälu kujunemiseks.

Seega hõlmab lühiajalise mälu kujunemise ajal õppimine teatud neuronite aktiveerimist ja konsolideerumine pikaajaliste interneuronaalsete võrgustike loomist, milles interaktsioonide konsolideerumiseks on vajalik spetsiaalsete valkude süntees. Ei tohiks eeldada, et need valgud on spetsiifilise informatsiooni kandjad; nende moodustumine võib olla "pelgalt" interneuronaalsete ühenduste aktiveerimist stimuleeriv tegur. Kuidas konsolideerumine viib pikaajalise mälu moodustumiseni, mida ei saa häirida, kuid mida saab nõudmisel taasesitada, jääb ebaselgeks.

Samal ajal on selge, et stabiilse oskuse loomise taga on neuronite populatsiooni võime moodustada võrgustik, milles signaali edastamine muutub kõige tõenäolisemaks, ja see aju võime võib säilida pikka aega. Ühe sellise interneuronaalse võrgustiku olemasolu ei takista neuronite osalemist teistes sarnastes võrgustikes. Seetõttu on selge, et aju analüütilised võimed on väga suured, kui mitte piiramatud. Samuti on selge, et nende võimete rakendamine sõltub õppimise intensiivsusest, eriti aju küpsemise perioodil ontogeneesis. Vanusega õppimisvõime väheneb.

Õppimisvõime on tihedalt seotud plastilisusega - sünaptiliste kontaktide võimega läbida funktsionaalseid ümberkorraldusi, mis toimuvad toimimise ajal ja mille eesmärk on neuronaalse aktiivsuse sünkroniseerimine ja neuronitevaheliste võrgustike loomine. Plastilisuse avaldumisega kaasneb spetsiifiliste valkude süntees, mis täidavad teadaolevaid (näiteks retseptori) või tundmatuid funktsioone. Üks selle programmi elluviimise osalejaid on S-100 valk, mis kuulub anneksiinide hulka ja mida leidub ajus eriti suurtes kogustes (see sai oma nime võime järgi jääda lahustuvaks 100% küllastuse korral ammooniumsulfaadiga neutraalse pH väärtuse juures). Selle sisaldus ajus on mitu suurusjärku suurem kui teistes kudedes. See akumuleerub peamiselt gliaalrakkudes ja seda leidub sünaptiliste kontaktide lähedal. S-100 valgu sisaldus ajus hakkab suurenema 1 tund pärast õppimist ja saavutab maksimumi 3-6 tunni pärast, püsides kõrgel tasemel mitu päeva. Selle valgu antikehade süstimine rottide ajuvatsakestesse häirib loomade õppimisvõimet. Kõik see võimaldab meil pidada S-100 valku osalejaks interneuronaalsete võrgustike loomisel.

Närvisüsteemi plastilisuse molekulaarsed mehhanismid

Närvisüsteemi plastilisust defineeritakse kui neuronite võimet tajuda väliskeskkonnast tulevaid signaale, mis muudavad genoomi jäika determinismi. Plastilisus viitab võimele muuta neuronite interaktsiooni funktsionaalset programmi vastusena väliskeskkonna muutustele.

Plastilisuse molekulaarsed mehhanismid on mitmekesised. Vaatleme peamisi neist, kasutades näitena glutamaatergilist süsteemi. Glutamaatergilises sünapsis leidub samaaegselt erinevate omadustega retseptoreid - nii ionotroopseid kui ka metabotroopseid. Glutamaadi vabanemine sünapsipilusse ergastuse ajal viib kainaadi ja AMPA poolt aktiveeritud ionotroopsete retseptorite aktiveerumiseni, põhjustades postsünaptilise membraani depolarisatsiooni. Kui transmembraanse potentsiaali väärtus vastab puhkepotentsiaali väärtusele, siis glutamaat NMDA retseptoreid ei aktiveeri, kuna nende ioonkanalid on blokeeritud. Sel põhjusel pole NMDA retseptoritel võimalust primaarseks aktivatsiooniks. Kui aga algab sünaptilise membraani depolarisatsioon, eemaldatakse magneesiumioonid seondumiskohast, mis suurendab järsult retseptori afiinsust glutamaadi suhtes.

NMDA retseptorite aktiveerumine põhjustab kaltsiumi sisenemise postsünaptilisse tsooni läbi NMDA retseptori molekulile kuuluva ioonkanali. Kaltsiumi sisenemist täheldatakse ka potentsiaalist sõltuvate Ca-kanalite kaudu, mida aktiveerivad kainaadi ja AMPA glutamaadi retseptorid. Nende protsesside tulemusena suureneb kaltsiumiioonide sisaldus postsünaptilise tsooni perimembraansetes piirkondades. See signaal on liiga nõrk, et muuta arvukate kaltsiumiioonide suhtes tundlike ensüümide aktiivsust, kuid piisavalt oluline, et aktiveerida perimembraanne fosfolipaas C, mille substraat on fosfoinositool, ning põhjustada inositoolfosfaatide akumuleerumist ja inositool-3-fosfaadist sõltuva kaltsiumi vabanemise aktiveerimist endoplasmaatilisest retiikulumist.

Seega ionotroopsete retseptorite aktiveerimine mitte ainult ei põhjusta membraani depolarisatsiooni postsünaptilises tsoonis, vaid loob ka tingimused ioniseeritud kaltsiumi kontsentratsiooni oluliseks suurenemiseks. Samal ajal aktiveerib glutamaat sünaptilises piirkonnas metabotroopseid retseptoreid. Selle tulemusena on võimalik aktiveerida vastavaid G-valke, mis on "seotud" erinevate efektorsüsteemidega. Aktiveeruda saavad kinaasid, mis fosforüülivad erinevaid sihtmärke, sealhulgas ionotroopseid retseptoreid, mis muudab nende moodustiste kanalistruktuuride aktiivsust.

Lisaks paiknevad glutamaadi retseptorid ka presünaptilisel membraanil, millel on samuti võimalus glutamaadiga suhelda. Sünapsi selle piirkonna metabotroopsed retseptorid on seotud glutamaadi sünapsipilust eemaldamise süsteemi aktiveerimisega, mis toimib glutamaadi tagasihaarde põhimõttel. See protsess sõltub Na-pumba aktiivsusest, kuna see on sekundaarne aktiivne transport.

Presünaptilisel membraanil paiknevate NMDA retseptorite aktivatsioon põhjustab ka ioniseeritud kaltsiumi taseme tõusu sünaptilise terminaali presünaptilises piirkonnas. Kaltsiumiioonide akumuleerumine sünkroniseerib sünaptiliste vesiikulite sulandumist membraaniga, kiirendades mediaatori vabanemist sünapsipilusse.

Kui sünapsi saabub rida erutusimpulsse ja vabade kaltsiumiioonide kogukontsentratsioon on püsivalt kõrgenenud, võib täheldada Ca-sõltuva proteinaasi kalpaiini aktiveerumist, mis lagundab ühe struktuurvalgu fodriini, mis maskeerib glutamaadi retseptoreid ja takistab nende interaktsiooni glutamaadiga. Seega annab mediaatori vabanemine sünapsipilusse ergastuse ajal mitmesuguseid võimalusi, mille rakendamine võib viia signaali võimendamiseni või pärssimiseni või selle tagasilükkamiseni: sünaps toimib mitmemõõtmelisel põhimõttel ja igal hetkel realiseeruv tee sõltub mitmesugustest teguritest.

Nende võimaluste hulka kuulub sünapsi isehäälestumine võimendatud signaali parimaks edastamiseks. Seda protsessi nimetatakse pikaajaliseks potentseerimiseks (LTP). See seisneb selles, et pikaajalise kõrgsagedusliku stimulatsiooni korral võimenduvad närviraku reaktsioonid sissetulevatele impulssidele. See nähtus on üks plastilisuse aspekte, mis põhineb neuronaalse raku molekulaarsel mälul. Pikaajalise potentseerimise perioodiga kaasneb teatud neuronaalsete valkude suurenenud fosforüülimine spetsiifiliste proteiinkinaaside poolt. Üks kaltsiumiioonide taseme tõusu tulemusi rakus on Ca-sõltuvate ensüümide (kalpaiin, fosfolipaasid, Ca-kalmoduliinist sõltuvad proteiinkinaasid) aktiveerimine. Mõned neist ensüümidest on seotud hapniku ja lämmastiku aktiivsete vormide (NADPH oksüdaas, NO süntaas jne) moodustumisega. Selle tulemusena saab aktiveeritud neuronis registreerida vabade radikaalide akumuleerumist, mida peetakse ainevahetuse regulatsiooni sekundaarseteks mediaatoriteks.

Neuronaalses rakus vabade radikaalide akumuleerumise oluline, kuid mitte ainus tulemus on nn varajase vastuse geenide aktiveerimine. See protsess on rakutuuma varaseim ja mööduvaim vastus vabade radikaalide signaalile; nende geenide aktiveerimine toimub 5–10 minuti jooksul ja kestab mitu tundi. Nende geenide hulka kuuluvad rühmad c-fos, c-jun, c-junB, zif/268 jne. Need kodeerivad mitmeid suuri spetsiifiliste transkriptsiooni regulaatorvalkude perekondi.

Kiire reageerimise geenide aktiveerimine toimub tuumafaktori NF-kB osalusel, mis oma toime avaldumiseks peab tuuma tungima läbi tuumamembraani. Selle tungimist takistab asjaolu, et see faktor, mis on kahe valgu (p50 ja p65) dimeer, on tsütoplasmas kompleksis valgu inhibiitoriga ega suuda tuuma tungida. Inhibeeriv valk on spetsiifilise proteiinkinaasi fosforüülimise substraat, mille järel see dissotsieerub kompleksist, mis avab NF-kB-le tee tuuma. Proteiinkinaasi aktiveeriv kofaktor on vesinikperoksiid, seega põhjustab rakku haarav vabade radikaalide laine mitmeid eespool kirjeldatud protsesse, mis viivad varajase reageerimise geenide aktiveerimiseni. c-fos aktiveerimine võib põhjustada ka neurotrofiinide sünteesi ning neuriitide ja uute sünapside moodustumist. Hippokampuse kõrgsagedusliku stimulatsiooni poolt esile kutsutud pikaajaline potentseerimine viib Zn-tundliku DNA-siduva valku kodeeriva zif/268 aktiveerimiseni. NMDA retseptori antagonistid blokeerivad zif/268 pikaajalist potentseerimist ja aktiveerimist.

Üks esimesi, kes 1949. aastal püüdis mõista aju infoanalüüsi mehhanismi ja töötada välja käitumisstrateegia, oli SO Hebb. Ta pakkus välja, et nende ülesannete täitmiseks peaks ajus moodustuma neuronite funktsionaalne ühendus – lokaalne interneuronaalne võrgustik. M. Rosenblatt (1961) täpsustas ja süvendas neid ideid, sõnastades hüpoteesi "Järelevalveta korrelatsioonipõhine õppimine". Tema väljatöötatud ideede kohaselt saavad neuronid rea tühjenemiste genereerimise korral sünkroniseeruda teatud (sageli morfoloogiliselt üksteisest kaugel asuvate) rakkude ühenduse tõttu isehäälestumise kaudu.

Kaasaegne neurokeemia kinnitab neuronite sellise isehäälestumise võimalikkust ühisele sagedusele, selgitades ergastus"laengute" seeriate funktsionaalset tähtsust neuronitevaheliste ahelate loomisel. Kasutades fluorestsentsmärgisega glutamaadi analoogi ja relvastatuna kaasaegse tehnoloogiaga, oli võimalik näidata, et isegi ühe sünapsi stimuleerimisel võib erutus levida üsna kaugetesse sünaptilistesse struktuuridesse tänu nn glutamaadilaine tekkele. Sellise laine tekke tingimuseks on signaalide korduvus teatud sagedusrežiimis. Glutamaadi transporteri pärssimine suurendab neuronite osalemist sünkroniseerimisprotsessis.

Lisaks glutamaatergilisele süsteemile, mis on otseselt seotud õppimise (meeldejätmise) protsessidega, osalevad mälu kujunemises ka teised ajusüsteemid. On teada, et õppimisvõime näitab positiivset korrelatsiooni koliinatsetüültransferaasi aktiivsusega ja negatiivset korrelatsiooni ensüümiga, mis seda mediaatorit hüdrolüüsib - atsetüülkoliinesteraasiga. Koliinatsetüültransferaasi inhibiitorid häirivad õppimisprotsessi ja koliinesteraasi inhibiitorid soodustavad kaitsereflekside teket.

Mälu kujunemises osalevad ka biogeensed amiinid, norepinefriin ja serotoniin. Negatiivse (elektrilise valu) tugevdusega tingreflekside tekkimisel aktiveerub noradrenergiline süsteem ja positiivse (toidu) tugevdusega norepinefriini metabolismi kiirus väheneb. Serotoniin seevastu soodustab oskuste arengut positiivse tugevduse tingimustes ja mõjutab negatiivselt kaitsereaktsiooni teket. Seega on mälu konsolideerumise protsessis serotonergiline ja norepinefriini süsteem omamoodi antagonistid ning serotoniini liigsest akumuleerumisest tingitud häireid saab ilmselt kompenseerida noradrenergilise süsteemi aktiveerimisega.

Dopamiini osalemine mäluprotsesside regulatsioonis on multifaktoriaalne. Ühelt poolt on leitud, et see võib stimuleerida negatiivse tugevdusega konditsioneeritud reflekside teket. Teiselt poolt vähendab see neuronaalsete valkude (näiteks valgu B-50) fosforüülimist ja indutseerib fosfoinositiidide vahetust. Võib eeldada, et dopamiinergiline süsteem osaleb mälu konsolideerimises.

Ergutuse ajal sünapsis vabanevad neuropeptiidid osalevad ka mälu moodustumise protsessides. Vasoaktiivne soolepeptiid suurendab kolinergiliste retseptorite afiinsust mediaatori suhtes mitu tuhat korda, hõlbustades kolinergilise süsteemi toimimist. Hüpotalamuse supraoptilistes tuumades sünteesitud hüpofüüsi tagumisest osast vabanev hormoon vasopressiin kandub aksonaalse voolu abil hüpofüüsi tagumisse osasse, kus see talletatakse sünaptilistes vesiikulites ja sealt vabaneb verre. See hormoon, nagu ka hüpofüüsi adrenokortikotroopne hormoon (ACTH), toimivad ajus pidevalt mäluprotsesside regulaatoritena. Tuleb rõhutada, et see toime erineb nende hormonaalsest aktiivsusest - nende ühendite fragmentidel, millel see aktiivsus puudub, on õppeprotsessile sama mõju kui tervetel molekulidel.

Mittepeptiidsed mälu stimulandid on praktiliselt tundmatud. Erandiks on orotaat ja piratsetaam, mida kliinilises praktikas laialdaselt kasutatakse. Viimane on gamma-aminovõihappe keemiline analoog ja kuulub nn nootroopsete ravimite rühma, mille üks toime on aju verevoolu suurenemine.

Orotaadi rolli uurimine mälu konsolideerimise mehhanismides on seotud intriigiga, mis erutas neurokeemikute meeli 20. sajandi teisel poolel. Lugu sai alguse J. McConnelli katsetest valguse suhtes tingimusliku refleksi väljatöötamiseks primitiivsetes lameussides ehk planaariates. Pärast stabiilse refleksi loomist lõikas ta planaaria ristipidi kaheks osaks ja testis sama refleksi õppimise võimet loomadel, kes taastati mõlemast poolest. Üllatus oli see, et mitte ainult peaosast saadud isenditel oli suurenenud õppimisvõime, vaid ka sabast taastatud isendid õppisid palju kiiremini kui kontrollrühma isendid. Mõlema õppimiseks kulus 3 korda vähem aega kui kontrollrühma loomadest taastatud isenditel. McConnell jõudis järeldusele, et omandatud reaktsiooni kodeerib aine, mis akumuleerub nii planaaria pea- kui ka sabaosas.

McConnelli tulemuste reprodutseerimine teistel objektidel kohtas mitmeid raskusi, mille tagajärjel kuulutati teadlane šarlataniks ja tema artikleid ei aktsepteeritud enam avaldamiseks kõigis teadusajakirjades. Vihane autor asutas oma ajakirja, kus ta avaldas lisaks hilisemate katsete tulemustele ka oma retsensentide karikatuure ja pikki kirjeldusi läbiviidud katsetest vastuseks kriitilistele kommentaaridele. Tänu McConnelli usaldusele oma õigsuse vastu on tänapäeva teadusel võimalus naasta nende algsete teaduslike andmete analüüsi juurde.

Tähelepanuväärne on see, et "treenitud" planaaride kudedes on suurenenud oroothappe sisaldus, mis on RNA sünteesiks vajalik metaboliit. McConnelli saadud tulemusi saab tõlgendada järgmiselt: kiirema õppimise tingimused loob "treenitud" planaaridel suurenenud orotaadi sisaldus. Taastunud planaaride õppimisvõime uurimisel ei kohta me mitte mälu ülekannet, vaid oskuse ülekandumist selle kujunemisele.

Teisest küljest selgus, et kui planaarsel regeneratsioonil toimub RNaasi juuresolekul, siis ainult peafragmendist saadud isendid näitavad üles suurenenud õppimisvõimet. G. Ungari poolt 20. sajandi lõpus läbi viidud sõltumatud katsed võimaldasid isoleerida pimeduse vältimise refleksiga loomade ajust 15-liikmelise peptiidi nimega skotofobiin (pimedusehirmu indutseerija). Ilmselt on nii RNA kui ka mõned spetsiifilised valgud võimelised looma tingimusi funktsionaalsete ühenduste (interneuronaalsete võrgustike) käivitamiseks, mis on sarnased algsel indiviidil aktiveeritutega.

2005. aastal möödus 80 aastat McConnelli sünnist, kelle katsed panid aluse molekulaarsete mälukandjate uurimisele. 20. ja 21. sajandi vahetusel ilmusid uued genoomika ja proteoomika meetodid, mille kasutamine võimaldas tuvastada ülekande-RNA madalmolekulaarsete fragmentide osalemist konsolideerumisprotsessides.

Uued faktid võimaldavad ümber hinnata DNA mitteosalemise kontseptsiooni pikaajalise mälu mehhanismides. RNA-sõltuva DNA polümeraasi avastamine ajukoes ja positiivse korrelatsiooni olemasolu selle aktiivsuse ja õppimisvõime vahel viitab DNA osalemise võimalusele mälu kujunemise protsessides. Leiti, et toidust tingitud reflekside teke aktiveerib järsult teatud DNA piirkondi (geene, mis vastutavad spetsiifiliste valkude sünteesi eest) neokorteksis. Märgitakse, et DNA aktivatsioon mõjutab peamiselt piirkondi, mis genoomis harva korduvad, ja seda täheldatakse mitte ainult tuuma-, vaid ka mitokondriaalses DNA-s ja viimases suuremal määral. Mälu pärssivad tegurid pärsivad samaaegselt ka neid sünteesiprotsesse.

Mõned mälu stimulandid (põhineb: Ashmarin, Stukalov, 1996)

Tegevuse spetsiifilisus	Stimulandid
	Ühendusklassid	Ainete näited
Suhteliselt spetsiifilised ained	Regulatiivsed peptiidid	Vasopressiin ja selle analoogid, dipeptiid pEOA, AKTH ja selle analoogid
	Mittepeptiidsed ühendid	Piratsetaam, gangliosiidid
	RNA metabolismi regulaatorid	Orotaat, madala molekulmassiga RNA
Laia toimespektriga ained	Neurostimulaatorid	Fenüülalküülamiinid (fenamiin), fenüülalküüloidnonimiinid (südnokarb)
	Antidepressandid	2-(4-metüül-1-piperasinüül)-10-metüül-3,4-diasafenoksasiindihüdrokloriid (asafeen)
	Kolinergilise süsteemi modulaatorid	Kolinomimeetikumid, atsetüülkoliinesteraasi inhibiitorid

Tabelis on toodud näiteid ühenditest, mis stimuleerivad mälu.

On võimalik, et DNA osaluse uurimine mälu kujunemisprotsessides annab põhjendatud vastuse küsimusele, kas on olemas tingimusi, mille korral kujunenud oskused või muljed võivad olla päritavad. On võimalik, et esivanemate kogetud iidsete sündmuste geneetiline mälu on mõnede seni seletamatute vaimsete nähtuste aluseks.

Vaimuka, ehkki tõestamata arvamuse kohaselt peegeldavad unenägudes toimuvad lennud, mis kaasnevad küpse aju lõpliku kujunemisega ja mida igaüks meist nooruses kogeb, lennutunnet, mida meie kauged esivanemad kogesid ajal, mil nad ööbisid puude otsas. Pole sugugi asjata öeldud, et unenägudes toimuvad lennud ei lõpe kunagi kukkumisega – need kauged esivanemad, kellel kukkudes polnud aega okste külge haarata, kuigi nad kogesid seda tunnet enne surma, ei sünnitanud järglasi...