Maikuus toimus Dublini ajaloolises Trinity kolledžis mälu molekulaar- ja rakubioloogiale pühendatud konverents, kus lahati värskemaid edusamme mäluprotsesside bioloogiliste tagamaade lahtimuukimisel.¹ Sellest lähtuvalt on paslik ette võtta kiire ekskurss mäletamise uurimise (lähi)ajalukku ja tormiliselt arenevasse tänapäeva.

Mõtisklused mälestuste anatoomilisest olemusest ja asukohast ulatuvad Vana-Kreeka filosoofideni, kuid tänapäeva teaduses on mälu bioloogia uurimisele rajanud vundamendi saksa loodusteadlane Richard Semon (1859–1918) ja USA psühholoog Karl Lashley (1890–1958). Semon pakkus 1904. aastal välja termini engram, mis kirjeldab konkreetse mälestuse talletamiseks ja meenutamiseks vajalikku bioloogilist substraati. Oma ajastule iseloomulikult laia haardega teadlane ajust engram’ite otsimisele palju aega ei kulutanud ning pärast Saksamaa kaotust Esimeses maailmasõjas lasi ta enese keisririigi lippu mässituna maha. Tema võrdlemisi elegantne ja kergelt müstilise hõnguga etümoloogiline panus mälu-uuringutesse püsib aga elujõulisena tänapäevani.

Mälu uurimises Richard Semonist praktilisema meelega Karl Lashley veetis aga aastakümneid rottidele õppimisvõimet hindavaid ülesandeid õpetades ning seejärel nende ajju vigastusi tekitades. Esmalt õpetas Lashley rotti läbima labürinti, mille lõpus ootas looma mõni maiuspala, misjärel eemaldas ta kirurgiliselt roti ajukoorest eri suuruse ja anatoomilise asukohaga tükke. Pärast lõikust pani Lashley närilised uuesti sedasama labürinti läbima, et hinnata nende mälestuste terviklikkust ja täpsust juhul, kui mingi kindel osa nende ajust on puudu. Ka ajuteaduse küsimustes võõrale lugejale ilmselt mõnevõrra intuitiivselt jõudis Lashley järeldusele, et mälukaotuse sügavus korreleerus eemaldatud ajukoe hulgaga. Küll aga ei leidnud Lashley mingit erilist ajukoore piirkonda, mille väiksemgi vigastamine tooks kaasa mälu täieliku hävimise. Pärast 30 aasta pikkust uurimis­tööd andis Lashley alla ja kuulutas engrammi kui sellise tabamatuks.² Viinamarjad olid hapud, ent tänapäeva pilgu läbi kindlasti ka ebaküpsed.

Hirmu tingimine on engrammiteadlase leib

Olla konverentsil tunnistajaks tänapäeva engrammiuuringute korüfeede sõbralikule konsensusele nii engrammi definitsiooni kui ka selle olemasolu kohta käivate vääramatute tõendite puudumise üle oli mõnevõrra absurdne, kuid kahtlemata värskendav. Olukorra absurdsuse tingis seejuures asjaolu, et nii engrammi bioloogilise baasi kui ka selle uurimist võimaldava tööriistakasti arendamisel on viimasel paarikümnel aastal tehtud tohutu suuri edusamme. Tänapäeva engrammiteadlase leib on hirmu tingimine (ingl fear conditioning, edaspidi HT) – paradigma, mille käigus on võimalik õpetada katselooma seostama mingit sensoorset stiimulit, näiteks kindlat heli, sellele järgneva valuaistinguga.

Sellise käsitluse peamine eelis on see, et HT kutsub esile evolutsioonis kujunenud tugeva ja kindla käitumusliku vastuse (näriliste puhul on selleks tavaliselt tardumine). Mõnevõrra julma tehnika kasutamist õigustab ehk ka tõsiasi, et rott ei saa kunagi anda ausõna, et ta mõnest keerukamast ülesandest pärast piisavat õppimist alati üheselt aru oli saanud.

Pärast teatavat katsekordade arvu, mil kindlale helile järgneb elektri­šokk, tardub loom paigale ainuüksi heli kuulmise peale. HT kui paradigma kasulikkus ilmneb, kui mõelda sellest tagurpidi – niivõrd tugev käitumuslik vastus peab ilmnema ka tugeva vastusena ajurakkude tasandil. Kuidas need rakud üles leida? Ja mis saab siis, kui neidsamu rakke elektroodidega stimuleerida, matkides nende bioloogilist elektrilist aktiivsust?

Küsimused, mis kõlavad ehk veidi ulmelisena, leidsid vastuse juba paarkümmend aastat tagasi tänu molekulaar- ja rakubioloogia õpikuteadmiste ning geenitehnoloogia nutikale ärakasutamisele. Näiteks eespool kirjeldatud HT ajal aktiveeruvaid rakke on hõlbus teistest eristada varaseid geene (ingl immediate early genes, edaspidi IEG) ära kasutades. IEG on geenide rühm, millelt neuronite puhkeolekus reeglina valke ei kodeerita, kuid vastusena rakuvälistele signaalidele need geenid aktiveeruvad vaid minutite jooksul. Kui nendesse geenidesse insenergeneetiliselt sisestada värviliselt helendav reportervalk, siis on mingi ülesande, näiteks HT, käigus korduvalt aktiveeruvaid rakke võimalik teistest selgelt eristada. Ning kui neidsamu rakke elektroodiga stimuleerida, kutsub see loomas sageli esile samasuguse käitumise nagu loomuliku õppimise ajalgi.

Laias pildis on sellisel põhimõttel tuvastatud rakuansamblite ja nendega manipuleerimise käigus kindlaks tehtud engrammide üldprintsiibid (ja põhimõtteliselt ka olemasolu närilise ajus), mille on oma 2020. aasta ülevaateartiklis selgesti sõnastanud engrammiuuringute käilakujud Sheena Josselyn ja Susumu Tonegawa.³ Esiteks, nii õppimise jooksul kui ka hilisema meenutamise käigus aktiveeruvad ajus samad või sarnased rakuansamblid, seejuures õppimis­kogemus kutsub nendes rakkudes esile pikaajalised füsioloogilised muutused. Teiseks, kui õppimise käigus aktiveeruvad rakuansamblid ära rikkuda, siis see halvendab mälu või hävitab mälestuse täielikult. Kolmandaks, õppimise käigus aktiveerunud rakuansamblite hilisem stimuleerimine kutsub esile õpitud käitumise (meenutamise). Ja neljandaks: ajju on neuronitega manipuleerides võimalik tekitada mälestus mingist kogemusest, mis pole tegelikult kunagi aset leidnud.

Tõepoolest, 2013. aastal ilmunud töös tekitasid Massachusettsi tehnoloogiainstituudi teadlased hiire ajju valemälestuse.⁴ Selles töös hoiti teatud transgeenseid hiiri mingi aeg spetsiifilises keskkonnas A ning otsiti üles neuronid, mis selles keskkonnas aktiveerusid. Hiljem viidi hiir teistsugusesse keskkonda B, kus hiire käppadele tekitati elektrišokke. Kuigi see toimus keskkonnas B, aktiveeriti selle käigus kunstlikult neidsamu neuroneid, mis olid aktiivsed keskkonna A avastamisel. Kui hiir hiljem keskkonda A tagasi asetati – kus loom kunagi elektrišokke ei saanud –, tardus loom kohe paigale. Esmaklassiline mikro­maailma tasandile ulatuv tõestus sellest, mida igaüks ilmselt niigi teab: mälu võib olla ebausaldusväärne!

Kuum teema on infantiilne amneesia

Moodne engrammiteadus on erakordselt põnev ja mitmekesine. Mälestusi ja nende vermimise, püsimajäämise ning meenutamise protsesse uuritakse alates epigeneetilisest tasandist kuni tervete ajude kaardistamiseni. Kuum teema on infantiilne amneesia: kas ja kuhu on kadunud mälestused varasest lapsepõlvest? Engramme aetakse taga ka üle kogu keha, otsides seoseid muude organite, näiteks kopsude ja soolestiku ning mälu bioloogia vahel. Siinkirjutajale on selle aasta üheks originaalsemaks mälu uurimise võtteks toidumürgistuse kasutamine eksperimentaalse paradigmana.⁵ Piisab ju ainult ühest tõeliselt ebameeldivast kokkupuutest roiskunud austriga, et eluks ajaks tagada hoiatav mälestus – mis tagab niivõrd tugeva mälestuse tekkimise niivõrd lühikese ajaga?

Uurida saab engramme moodustavate rakkude geneetikat, geeniekspressiooni, elektrofüsioloogiat, nende rakkude omavahelisi suhteid ja nende muutumist ajas. Just viimased kaks valmistavad teadlastele suurimat peavalu – 2013. aastal näitas Iisraeli teadlase Yaniv Zivi uurimisgrupp, et ajus nädalate jooksul stabiilset mälestust kodeerivad rakud asenduvad üksteisega väga tihti ja suurel määral.⁶ Ehk siis lihtsamalt: mälestus püsib terviklik, ent seda ajus esindav engramm on pidevas muutumises. Mõneti tekitas Zivi töö engrammiteaduses midagi eksistentsiaalse kriisi taolist, sest engramm on esialgse definitsiooni järgi midagi stabiilset (kuidas muidu sellele vastav mälestus terviklik püsib?).

Ingliskeelse termini representational drift all tuntud probleemile on pakutud mitmeid teoreetilisi tõlgendusvõimalusi, näiteks mõne teadlase arvates on tegemist mehhanismiga, mille abil engrammid uuenevad värskete teadmiste omandamise käigus. Üldjoontes ongi engrammi­teadlased jagunenud kahte leeri: ühed usuvad stabiilsetesse engrammidesse, mis ajas eriti ei muutu, ning teised „ujuvatesse“ (ingl drifty) engrammidesse, mille bioloogiline korrelaat on mis iganes põhjusel pidevas muutumises.

Tüli on suur, aga puhtintellektuaalne

Tüli on suur, aga siiski puhtintellektuaalne. Dublinis toimuvale konverentsile kohaselt lahkuti pindise õlleklaasi tagant sõpradena ja oldi ühisel veendumusel, et ollakse ikkagi mälu saladuste jälil. Või nagu on öelnud mälu-uurimise suurkuju Endel Tulving: „Teadlasena ma pean järeldama – mitte postuleerima, mitte eeldama, aga just järeldama –, et närvikoes peavad vastusena informatsiooni talletamisele või engrammile tekkima mingisugused füüsikalised ja keemilised muutused, mis tekitavadki mäletamiseks vajalikud tingimused. Alternatiivne vaade, mille kohaselt võib mingi mõte esile kerkida või käitumine aset leida ilma füüsiliste muutusteta närvisüsteemis, on puhas müstika.“⁷