วรรณกรรม มังงะ และภาพยนตร์จำนวนหนึ่งกล่าวถึงความทรงจำที่ไม่จำเป็นต้องมาจากสมอง โดยเฉพาะเมื่อการผ่าตัดเปลี่ยนอวัยวะแพร่หลายมากขึ้น ก็ปรากฏว่ามักมีเนื้อหาที่เล่าเรื่องราวโดยเชื่อม ‘ความทรงจำ’ เข้ากับอวัยวะที่ได้รับการปลูกถ่ายจากผู้บริจาค
แต่เรื่องแบบนี้มีโอกาสเป็นไปได้มากเพียงใดในโลกความเป็นจริง?
ในสิ่งมีชีวิตที่มีโครงสร้างง่ายๆ อย่างพลานาเรีย (planaria) ซึ่งเป็นหนอนตัวแบนชนิดหนึ่ง สมองของมันมีโครงสร้างแบบง่าย เป็นปมประสาทสองปมอยู่บริเวณส่วนหัวของมัน และมีเส้นประสาทเป็นตาข่ายอยู่รอบตัว ความพิเศษอย่างหนึ่งของพลานาเรียที่นักวิทยาศาสตร์หรือแม้แต่คนทั่วไปให้ความสนใจมาก คือเมื่อนำมันมาหั่นเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย (แต่มีขีดจำกัดระดับหนึ่ง แม้จะหั่นได้เป็นร้อยชิ้นก็ตาม) แต่ละชิ้นสามารถงอกกลับมาเป็นตัวใหม่ได้ นี่มันพลังแบบซูเปอร์ฮีโร่ชัดๆ!
นักวิทยาศาสตร์รู้เรื่องนี้ตั้งแต่เกือบ 70 ปีก่อน ว่าหากนำพลานาเรียไปฝึกฝนอะไรสักอย่าง เช่น ใส่ไว้ในจานเลี้ยงที่ด้านหนึ่งมีขั้วไฟฟ้าซึ่งอาจช็อตหากเคลื่อนที่เข้าใกล้ มันจะเรียนรู้และจดจำได้ หากตัดส่วนหัวทิ้งและรอจนส่วนตัวของมัน ‘งอก’ ส่วนหัวกลับขึ้นมาใหม่
พลานาเรียสามารถจดจำเรื่องที่เคยโดนไฟฟ้าช็อตได้ แสดงว่ามันเก็บ ‘ความทรงจำ’ ไว้ที่ส่วนอื่นของร่างกายด้วย ไม่ใช่แค่ตรงปมประสาทในสมองที่ส่วนหัวเท่านั้น
มีการทดลองโดยใช้อุปกรณ์สมัยใหม่มากขึ้นในปี 2013 เช่น ใส่พลานาเรียไว้ในจานเลี้ยงที่มีผิวหน้าไม่สม่ำเสมอ และเปิดแสงไฟเพื่อฝึกให้มันจดจำเส้นทางหาอาหาร โดยใช้กล้องวิดีโอบันทึกภาพการเคลื่อนที่ของมัน เมื่อฝึกพลานาเรียชุดหนึ่งให้เรียนรู้และจดจำเส้นทางหาอาหารแล้ว ก็ตัดส่วนหัวออก และรออีกสองสัปดาห์จนมันงอกส่วนหัวและสร้างสมองกลับมาได้อย่างสมบูรณ์
เมื่อนำพลานาเรียดังกล่าวมาฝึกเคลื่อนที่ในเส้นทางเขาวงกตอีกครั้ง ก็พบว่ามันทำภารกิจได้เร็วกว่าครั้งแรกที่ไม่เคยผ่านการฝึกสอนอย่างเห็นได้ชัด แสดงให้เห็นว่ามีการบันทึกความทรงจำในเซลล์ประสาทส่วนอื่นที่ไม่ใช่สมอง และเรียกกลับมาใช้งานในภายหลัง[1]
นักวิจัยชี้ว่าพลานาเรียเป็นสัตว์ที่ใช้ศึกษากลไกการสร้างความทรงจำในเนื้อเยื่อนอกสมองได้ดี และไม่แน่ว่าอาจสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการศึกษาเกี่ยวกับการรักษาผู้ป่วยโรคสมองเสื่อมด้วยสเต็มเซลล์ในอนาคต
ย้อนกลับไปในคริสต์ศตวรรษ 1950 และ 1960 เจมส์ แมกคอนเนลล์ (James McConnell) ศึกษาการเรียนรู้จดจำเขาวงกตของพลานาเรีย เขาฝึกบางตัวให้เคลื่อนที่และจดจำแผนที่เขาวงกต จากนั้นก็สับพวกมันเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย และนำไปเป็นอาหารของพลานาเรียอีกกลุ่มที่ไม่เคยผ่านการฝึก ต่อมาเขาพบว่าพลานาเรียกลุ่มที่กินเนื้อเยื่อของพลานาเรียที่ฝึกไปแล้ว สามารถเคลื่อนที่ในเขาวงกตได้รวดเร็วกว่าอีกกลุ่มที่ไม่เคยกินพวกเดียวกันที่เคยฝึกไป
แมกคอนเนลล์ตั้งข้อสังเกตว่า การทดลองอาจบ่งชี้ว่ามีความทรงจำระดับเซลล์ (cellular memory) อยู่ เพราะในการทดลองมีการช็อตด้วยกระแสไฟฟ้า จึงทำให้หนอนเกิดความเครียดและน่าจะหลั่งฮอร์โมนบางอย่างออกมา
ต่อมามีการทดลองที่คล้ายคลึงกันในหนู ซึ่งก็ได้ผลลัพธ์คล้ายกัน แต่ก็มีข้อสังเกตว่าสิ่งที่ถ่ายทอดให้กันยังมีความคลุมเครืออยู่ ในทางหนึ่งอาจตีความว่าเป็นโมเลกุลความทรงจำ แต่ในอีกทางหนึ่งอาจตีความว่าไม่ใช่โมเลกุลความทรงจำเสียทีเดียว แต่อาจเป็นฮอร์โมนบางอย่างที่พบได้ปริมาณมากในเนื้อเยื่อของสัตว์เหล่านั้นเมื่อเกิดความเครียด
ถือเป็นที่รู้กันในทางสรีรวิทยาว่าฮอร์โมนปริมาณน้อยนิดสามารถเป็นตัวเริ่มต้นวงจรพฤติกรรมบางอย่างได้ เพราะร่างกายของสิ่งมีชีวิตมี ‘วงจรขยายสัญญาณ’ จากฮอร์โมนเหล่านี้อยู่ การตอบสนองต่อตัวกระตุ้นที่คล้ายกับการได้เรียนรู้จึงอาจเป็นผลของการไวต่อปัจจัยกระตุ้น (กระแสไฟฟ้าช็อต) จากการที่มีฮอร์โมนมากขึ้นมากกว่า แต่สมมุติฐานแบบนี้ไม่ได้ช่วยอธิบาย ‘ความจำเพาะ’ ของความทรงจำ
งานวิจัยอะไรบ้างที่แสดงให้เห็นว่ามีเซลล์อื่น (นอกจากเซลล์สมองที่อยู่ในสมอง) ที่สามารถ ‘จดจำ’ ได้?
นับจนถึงปัจจุบัน คำตอบที่ชัดเจนที่สุดน่าจะมาจากงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications โดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยนิวยอร์กกลุ่มหนึ่ง[2] วิธีการทดลองของนักวิจัยกลุ่มนี้ คือพวกเขาเลี้ยงเซลล์สองชนิดในจานเลี้ยง ชนิดแรกคือเซลล์ประสาท อีกชนิดคือเซลล์ไต เพื่อให้เห็นการตอบสนองต่อตัวกระตุ้นและการสร้างโปรตีนความจำ พวกเขาตัดต่อยีนสร้างโปรตีนเรืองแสงจากหิ่งห้อยติดเข้าไปกับยีนสร้างโปรตีนความจำที่ชื่อ CREB ในเซลล์ไต
หากมีการสร้างโปรตีนความจำ CREB ขึ้น ก็จะเห็นเซลล์ไตเหล่านี้เรืองแสงขึ้นได้เมื่อถูกกระตุ้น
โดยปกติเมื่อเซลล์ประสาทจะสร้างความทรงจำ จะมีการกระตุ้นยีนที่สร้างโปรตีน CREB โดยจะมีรูปแบบการสร้าง (pattern) แปรเปลี่ยนไปตามข้อมูลและการปรับเปลี่ยนโครงสร้างของการเชื่อมต่อเซลล์ประสาท เพื่อสร้างเป็นความทรงจำขึ้นในที่สุด
ในการทดลองนี้ นักวิจัยหยดสารเคมีเป็นช่วงเวลาสั้นๆ เพื่อเลียนแบบการส่งกระแสประสาทจริง เมื่อสารสื่อประสาท (neurotransmitter) ถูกหลั่งออกจากเซลล์ประสาทในสมองจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง พวกเขาทำแบบนี้ซ้ำๆ รวมสี่ครั้ง แต่ละครั้งนานสามนาที โดยมีช่วงเวลาคั่นกลางที่ไม่ใส่สารเคมีใดๆ นาน 10 นาที หลังจากนั้นก็ปล่อยให้กระบวนการดำเนินไปในจานเลี้ยงเซลล์ และตรวจวัดแสงที่เกิดขึ้นในอีก 24 ชั่วโมงต่อมา
พวกเขาพบว่าเซลล์สร้างโปรตีนเรืองแสง (พร้อมๆ กับสร้างโปรตีนความจำ CREB) ในปริมาณมากกว่า หากเทียบกับการใส่สารเคมีทั้งหมดลงไปครั้งเดียวนาน 12 นาที
การจดจำ ‘รูปแบบสัญญาณกระตุ้น’ ทำนองนี้ไม่เคยตรวจพบในเซลล์ใดนอกจากเซลล์ประสาทในสมอง และนักวิทยาศาสตร์เชื่อกันตลอดว่าไม่น่าจะมีเซลล์อื่นที่ตอบสนองแบบเดียวกับเซลล์สมองนี้ได้ แต่นักวิจัยก็ออกตัวว่าผลการทดลองนี้ไม่ได้ชี้ว่าเซลล์ไตมีความทรงจำแบบเดียวกันกับความทรงจำที่เราใช้เวลาเรียนคณิตศาสตร์หรือเรขาคณิต หรือแม้แต่ใช้จดจำวิธีขี่จักรยานหรือความทรงจำในวัยเด็ก ความทรงจำหลักเหล่านี้ยังคงเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นในเซลล์ประสาทที่อยู่ในสมอง
อย่างไรก็ตาม ผลการทดลองก็ชี้ให้เห็นอย่างยากจะโต้แย้งว่ามีเซลล์อื่น (ซึ่งไม่ใช่เซลล์ประสาท) ที่สามารถจดจำและตอบสนองต่อการกระตุ้นได้แบบเดียวกับเซลล์สมอง แม้ว่าการทดลองจะยังจำกัดขอบเขตอยู่ที่เซลล์ในจานเลี้ยงซึ่งอยู่นอกร่างกายก็ตาม
นักวิจัยชี้ว่าเรื่องนี้อาจมีประโยชน์และประยุกต์ใช้แก้ปัญหาสำคัญได้ในอนาคต เช่น ประยุกต์ใช้ในการศึกษาว่าเซลล์มะเร็งสามารถเรียนรู้และตอบสนองต่อการรักษาด้วยเคมีบำบัดได้หรือไม่ หรือประยุกต์ใช้ในการศึกษารูปแบบการตอบสนองยาจำเพาะสำหรับผู้ป่วยแต่ละคนเพื่อให้การรักษาดีขึ้นได้หรือไม่
น่าสนใจว่าสเต็มเซลล์ที่ไปกับอวัยวะบริจาคจะสามารถนำความจำบางอย่างติดตัวไปด้วยได้หรือไม่?
| ↑1 | The Journal of Experimental Biology 216, 3799-3810 © 2013. Published by The Company of Biologists Ltd doi:10.1242/jeb.087809 |
|---|---|
| ↑2 | Kukushkin, N.V., Carney, R.E., Tabassum, T. et al. The massed-spaced learning effect in non-neural human cells. Nat Commun 15, 9635 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53922-x |
