Engram to fizyczny i rozproszony ślad pamięciowy w mózgu, stanowiący zjednoczony kompleks populacji neuronów i ich połączeń. Jest on formowany podczas uczenia i rekrutowany w procesie przypominania, integrując w jedną strukturę komponenty semantyczne, proceduralne oraz afektywne.
Definicja
w neurobiologii pamięci fizyczno‑chemiczny, rozproszony ślad pamięci w mózgu: określone populacje neuronów („komórki engramu”) oraz ich połączenia, które powstały w wyniku uczenia i których ponowna rekrutacja jest wystarczająca i konieczna do odtworzenia danej pamięci. Współczesne badania wykazują, że engram jednej pamięci ma postać „zjednoczonego kompleksu engramowego” rozlokowanego w wielu regionach (m.in. hipokamp, kora, ciało migdałowate), które współdziałają przy kodowaniu i przypominaniu.
Pochodzenie pojęcia
Termin engram wprowadził na początku XX w. Richard Semon, a mechanistyczne podstawy (rola korelacyjnej plastyczności synaptycznej) doprecyzował Donald O. Hebb; bezpośrednia identyfikacja i manipulacja komórkami engramu stała się możliwa po rozwoju metod znakowania aktywności, opto/chemogenetyki i obrazowania.
Kodowanie trzech komponentów w engramie
Engram danej pamięci obejmuje zwykle komplementarne pod‑engrams w sieciach treściowych (semantycznych), wykonawczych/proceduralnych i wartościujących/afektywnych:
Komponent semantyczny (wiedza o faktach/pojęciach)
treści deklaratywne/epizodyczne rekrutują komórki engramu w hipokampie (pamięć „recent”) i – w toku konsolidacji systemowej – w korze nowej/mPFC (pamięć „remote”). Co istotne, korowe komórki engramu są generowane już podczas uczenia, ale pozostają początkowo „ciche” (silent) i dopiero z czasem stają się funkcjonalnie krytyczne dla naturalnego przypominania (zjawisko silent engrams).
Komponent proceduralny (instrukcje, sekwencje działań)
pętle korowo‑prążkowiowe (striatum z korą ruchową/czołową) utrwalają nawyki i sekwencje decyzyjno‑ruchowe; ingerencje w specyficzne szlaki (np. striosomowe) zmieniają wybory w konfliktach koszt‑korzyść, a modele łączą plastyczność dopaminową z parametrami akumulacji dowodów w decyzji.
Komponent afektywny (emocjonalne wartościowanie/nagroda)
ciało migdałowate (BLA) i vmPFC/OFC dostarczają afektywnego znaczenia i mapy wartości; fazyczny sygnał dopaminowy kodujący błąd przewidywania nagrody (PE) wzmacnia właściwe połączenia i utrwala część wartościującą śladu.
Pojedyncza pamięć może „unieść” wszystkie trzy komponenty, ale nie w jednej, jednorodnej populacji – jako rozproszone, współdziałające pod‑engrams tworzące funkcjonalny kompleks engramowy.
Konsolidacja i „silent engrams”
Badania wykazały, że engramy korowe (np. w mPFC) są generowane równolegle z hipokampowymi już podczas uczenia, lecz początkowo pozostają „nieme” i dopiero po ~kilkunastu dniach osiągają dojrzałość funkcjonalną – zgodnie z koncepcją systemowej konsolidacji. Pokazano też, że w stanach amnezji wstecznej pamięć może trwać jako „silent engram”: nieprzywoływalna naturalnymi wskazówkami, ale odnawialna sztuczną rekrutacją (opto/chemogenetyką).
Związek engramu z kognitem i konstruktem osobistym (KO)
- Engram ↔ Kognit – Engram jest komórkowo‑synaptyczną implementacją konkretnych wspomnień, która rekrutuje i aktywuje właściwe kognity w kontekście zadania i celu.
- Engram ↔ konstrukt osobisty – Zmiany na poziomie konstruktu osobistego (reinterpretacja treści, przebudowa nawyków, przeformułowanie wartości) przeprogramowują selekcję i sekwencję aktywowanych kognitów i – poprzez uczenie/rekonsolidację – prowadzą do trwałych modyfikacji połączeń i alokacji komórek engramu; odwrotnie, aktualizacje w engramie (np. w rekonsolidacji) przepisują zawartość i priorytety konstruktu osobistego.
Mechanizmy „nadpisu” na wrodzonych (phyletic) sieciach
- Wrodzona architektura (phyletic memory) – Fuster określa nią genetycznie ukształtowane systemy czuciowe, ruchowe i nagrodowe, stanowiące „hardware” i format okablowania dla pamięci; engramy są osobniczymi zapisami na tym fundamencie.
- Alokacja do engramu – determinuje ją m.in. podwyższona pobudliwość neuronów i stan epigenetycznego „primingu” (np. acetylacja histonów), które zwiększają „eligibility” komórki do wejścia w ślad.
- Sygnały uczące – dopaminowy PE wzmacnia synapsy w pętlach korowo‑prążkowiowych i układzie limbicznym, utrwalając komponent wartościujący.
Rekonsolidacja i aktualizacja
Po reaktywacji pamięć wchodzi w okno rekonsolidacji: staje się chwilowo labilna i może zostać zaktualizowana (zmiana treści, wartości, skojarzeń). U ludzi wykazano, że behawioralne „uaktualnienie” w tym oknie może trwale osłabiać ekspresję lęku – przykład zmiany komponentu afektywnego bez nawrotów w długim terminie.
Bibliografia
- Fuster, J. M., & Bressler, S. L. (2012). Cognitive networks of memory and meaning. Trends in Cognitive Sciences, 16(3), 156–167. https://doi.org/10.1016/j.tics.2012.03.005
- Roy, D. S., Park, Y.-G., Kim, M. E., Zhang, Y., Ogawa, S. K., DiNapoli, N., … Tonegawa, S. (2022). Brain-wide mapping reveals that engrams for a single memory are distributed across multiple brain regions. Nature Communications, 13, 1799. https://doi.org/10.1038/s41467-022-29384-4
- Fuster, J. M. (2022). Cognitive Networks (Cognits) Process and Maintain Working Memory. Frontiers in Neural Circuits, 15, 790691. https://doi.org/10.3389/fncir.2021.790691
- Tonegawa, S., Liu, X., Ramirez, S., & Redondo, R. (2015). Memory Engram Cells Have Come of Age. Neuron, 87(5), 918–931. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2015.08.002
- Ryan, T. J., Roy, D. S., Pignatelli, M., Arons, A., & Tonegawa, S. (2015). Engram Cells Retain Memory Under Retrograde Amnesia. Science, 348(6238), 1007–1013. https://doi.org/10.1126/science.aaa5542
(„silent engrams” w amnezji wstecznej) - Kitamura, T., Ogawa, S. K., Roy, D. S., Okuyama, T., Morrissey, M. D., Smith, L. M., Redondo, R. L., & Tonegawa, S. (2017). Engrams and Circuits Crucial for Systems Consolidation of a Memory. Science, 356(6333), 73–78. https://doi.org/10.1126/science.aam6808
- Josselyn, S. A., & Tonegawa, S. (2020). Memory engrams: Recalling the past and imagining the future. Science, 367(6473), eaaw4325. https://doi.org/10.1126/science.aaw4325
- Roy, M., Shohamy, D., & Wager, T. D. (2012). Ventromedial prefrontal-subcortical systems and the generation of affective meaning. Trends in Cognitive Sciences, 16(3), 147–156. https://doi.org/10.1016/j.tics.2012.01.005
- Schultz, W. (2016). Dopamine reward prediction-error signalling. Dialogues in Clinical Neuroscience, 18(1), 23–32. https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.31887/DCNS.2016.18.1/wschultz
- Friedman, A., Homma, D., Gibb, L. G., Amemori, K.-I., Rubin, S. J., Hood, A. S., … Graybiel, A. M. (2015). A corticostriatal path targeting striosomes controls decision-making under conflict. Cell, 161(6), 1320–1333. https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.04.049
- Dunovan, K., Vich, C., Clapp, M., Verstynen, T., & Rubin, J. (2019). Reward-driven changes in striatal pathway competition shape evidence evaluation in decision-making. PLOS Computational Biology, 15(5), e1006998. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006998
- Nader, K. (2015). Reconsolidation and the Dynamic Nature of Memory. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 7(10), a021782. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a021782
- Schiller, D., Monfils, M.-H., Raio, C. M., Johnson, D. C., LeDoux, J. E., & Phelps, E. A. (2010). Preventing the return of fear in humans using reconsolidation update mechanisms. Nature, 463(7277), 49–53. https://doi.org/10.1038/nature08637
