U zadnjih 40 godina učinjen je veliki napredak u rasvjetljavanju biološke osnove učenja i pamćenja. Zahvaljujući svojim anatomskim radovima, Santiago Ramon y Cajal je prvi predložio da se učenje temelji na promjenama snage sinapse, a taj je mehanizam kasnije uključen u napredniji model koji je predložio Hebb sredinom prošlog stoljeća.

Sinapsa predstavlja glavnu funkcionalnu jedinicu mozga a njena morfološka i funkcionalna obilježja se mogu mijenjati djelovanjem brojnih mono- i heterosinaptičkih čimbenika, kao što su obrazac živčane aktivnosti ili utjecajem različitih neurotransmitorskih sustava.

Danas nam je poznato da plastične promjene koje se zbivaju tijekom procesa upamćivanja imaju očuvane zajedničke mehanizme u različitim dijelovima mozga, kao i između pojedinih životinjskih vrsta koje su evolucijski međusobno jako udaljene.

Koristeći jednostavne životinjske modele kao i metode stanične i molekularne biologije pokazano je kako se pojedinačne živčane stanice, kao i molekularni signalni putevi, mijenjanju tijekom učenja, te kako ove promjene utječu na obradu informacija koje u konačnici kontroliraju naše ponašanje. Upamćivanje, kao i sinaptička plastičnost odvijaju se u različitim vremenskim razdobljima, u kojima dolazi do pretvaranja kratkoročnog u dugoročno sinaptičko pamćenje, a koje nužno zahtijeva ekspresiju novih gena. Razdoblje dugotrajnog pamćenja koristi brojne stanične mehanizme, kao što je sinaptičko obilježavanje, promjene u sintezi sinaptičkih proteina, potom kaskadu ovisnu o protein kinazi, kao i funkcionalni samo-obnavljajući prionski mehanizam za održavanje pamćenja.

Postupno počinjemo razumijevati strukture neuralnih krugova u puno složenijem obliku eksplicitnog pamćenja i učenja, koji uključuju hipokampus i okolne dijelove temporalnog korteksa. Stimulacija visoko frekventnom strujom akcijskog potencijala proizvodi produljeno jačanje sinaptičkog prijenosa u svim glavnim hipokampalnim putevima što u konačnici vodi do stvaranja dugoročne potencijacije (LTP), tj. pojačanog prijenosa glutamata. Ova pojačana aktivnost presinaptičke transmisije i postsinaptičke učinkovitosti mogli bi predstavljati neurobiološku podlogu učenja i pamćenja. Međutim, hipokampalne sinapse odgovaraju i mehanizmom dugoročne depresije (LTD), koja začudo, iako suprotan oblik plastičnosti od LTP-a, također zahtijeva aktivaciju glutamatergičkih NMDAreceptora, kao i ulazak Ca+2 u stanicu. Smijer sinaptičkih promjena ovisi o trenutnom stanju sinapse kao i o dinamici postsinaptičkog signala Ca+2. Stoga, promjene u sinaptičkoj učinkovitosti nastale različitim obrascima živčane aktivnosti mogu mijenjati obradu informacija koje u konačnici kontroliraju naše ponašanje.

Napredak u funkcionalnom oslikavanju mozga, zajedno s primjenom novih elektrofizioloških i simulacijskih tehnika za procjenu neuralne aktivnosti u većoj populaciji živčanih stanica, pomoći će nam otkriti koja područja ljudskog mozga su odgovorna za složeni proces eksplicitnog pamćenja a oni će moći istražiti i mehanizme kodiranja živčanih stanica u ovim regijama.

Mario Vukšić