Ko je ameriški psihiater in raziskovalec delovanja možganov Eric Kandel leta 2000 prejel Nobelovo nagrado za medicino, so nekateri novinarji zapisali, da gre delno tudi za avstrijsko nagrado, saj je znanstvenik svojo mladost preživel na Dunaju. Vendar se je Kandel nemudoma odzval s pojasnilom, da se Avstrija nikakor ne more hvaliti z njegovim raziskovalnim delom.

Avtobiografijo z naslovom V iskanju spomina – nastanek nove znanosti o delovanju misli (In Search of Memory – The Emergence of a New Science of Mind, WW Norton & Company, 2006) Kandel začenja 7. novembra 1938, na svoj deveti rojstni dan. Starši so imeli na Dunaju trgovino z igračami in tisti dan je dobil za darilo moder baterijski avtomobilček na daljinsko upravljanje, kar se mu je zaradi navdušenja globoko vtisnilo v spomin. Žal pa je veselje ob preizkušanju zanimive igračke trajalo le kratek čas. Dva dni po rojstnem dnevu se oče ni vrnil domov z dela v trgovini, mamo in oba otroka pa je pozno zvečer močno prestrašilo razbijanje po vhodnih vratih stanovanja. Nacistična policija jim je, podobno kot mnogim drugim avstrijskim Judom, prišla sporočit, da se morajo nemudoma izseliti, pri čemer lahko s seboj vzamejo le najnujnejše.

Navdušenje nad psihoanalizo in študij medicine

Sreča v nesreči je bila, da je družini Kandel uspelo emigrirati v ZDA, kjer so starši ponovno odprli trgovino, Eric pa se je lotil študija zgodovine in literature. Preko Anne Kris, ki je bila v študentskih letih njegovo dekle, se je navdušil za psihoanalizo in začel prebirati Freudova dela. Annin ded Oskar Rie je bil tesen Freudov prijatelj in pediater njegovih otrok, Annina starša pa sta bila vplivna psihoanalitika, ki sta pomembno prispevala k povojnemu razmahu psihoanalize v ZDA. Na njunem domu so se zbirali mnogi ugledni psihoanalitiki in razpravljali o najrazličnejših zanimivih problemih delovanja misli. Erik je pogosto prisostvoval pogovorom, ki so ga vedno znova navduševali, zato se je odločil, da ne bo postal zgodovinar, ampak psihiater.

Vpisal se je na študij medicine, pri čemer ga je vseskozi najbolj zanimalo, kako delujejo možgani. Specializiral je psihiatrijo in postal terapevt, vendar se je ob klinični praksi lotil tudi empiričnih raziskav bioloških procesov, ki v možganih tvorijo misli. Že zelo zgodaj si je zadal zelo ambiciozno nalogo, da bo poskušal odkriti biološke temelje, na katerih je osnovana psihoanaliza. Še kot študent je zato odšel je na pogovor k enemu izmed vidnejših ameriških raziskovalcev delovanja možganov in mu predstavil svoj ambiciozen načrt. Čeprav bi študenta s tako drznimi zamislimi marsikateri profesor hitro postavil pred vrata, je imel mladi Eric srečo, saj mu je bodoči mentor svetoval le, naj se projekta loti počasi in sprva preučuje le po eno možgansko celico naenkrat.

Kandel je mentorjev nasvet vzel resno in v naslednjih desetletjih počasi in vztrajno razreševal najprej na prvi pogled preprosto vprašanje, kako deluje spomin, na ravni posameznih molekul in celic. Lotil se je analize nevronskih povezav pri morskih zajčkih (Aplysia), ki so se izkazali za izvrstno modelsko žival, saj imajo relativno majhno število zelo velikih nevronov. V človeških možganih je približno sto milijard nevronov, goli polži Aplysia pa jih imajo le dvajset tisoč.

Najprej je podrobno preučil živčni sistem teh polžev in razvil metode, s katerimi je lahko raziskoval, kaj se dogaja na ravni celic in molekul, ko se učijo. Uspelo mu je najti dokaj neodvisen skupek nevronov, ki uravnavajo spontani odziv živali na določen dražljaj. Ugotovil je, da se ob ponavljajočih se šibkih dražljajih žival nauči, da dražljaj ni nevaren, zato se sčasoma ne odziva več refleksno. A če je dražljaju nenadoma sledil še šibek elektrošok, se je žival ponovno priučila, da je dražljaj morda lahko nevaren, zato se ji je refleksni odziv ponovno vzpostavil. Takšen zelo preprost način kontroliranega učenja je Kandlu omogočil, da je na modelu golih polžev preučeval ključne molekularne mehanizme delovanja spomina.

Sprva je dognal, da tudi pri teh malih morskih bitjih obstaja razlika med kratkotrajnim in dolgotrajnim spominom, podobno kot jo opazimo pri ljudeh. Kratkotrajni spomin traja le nekaj deset sekund, nato pa se izgubi, medtem ko se dolgotrajni spomin pri morskih zajčkih ohrani več dni in tednov. Izkazalo se je tudi, da je mehanizem vzpostavitve dolgotrajnega spomina pri polžih enak kot pri ljudeh: če neko veščino ali znanje ponavljamo, se nam utrdi in iz kratkotrajnega nastane trajnejši spomin.

Z izvirnimi eksperimenti je s sodelavci prišel tudi do spoznanja, da nastanejo pri tvorjenju kratkotrajnega spomina le funkcionalne spremembe na sinapsah, kot se strokovno imenujejo povezave med posameznimi nevroni, medtem ko pride pri tvorjenju dolgotrajnih spominov do nastanka novih sinaps oziroma tvorjenja novih povezav med živčnimi celicami. Ključno spoznanje je bilo, da se nam ob učenju fizično spreminja anatomija oziroma struktura povezav med nevroni. Ko se nekaj naučimo, v naših možganih nastanejo nove povezave, v katerih je zapisano to, kar smo se naučili.

Učenje fizično spreminja možgane

Če si poenostavljeno predstavljamo sinapso oziroma povezavo dveh živčnih celic kot mejni prehod med državama, tvorjenje kratkotrajnega spomina v tej analogiji pomeni, da država na obstoječi mejni prehod pošlje več policistov, s čimer doseže, da je pretok ljudi čez prehod hitrejši. Dolgotrajni spomin pa se tvori takrat, ko država odpre nove mejne prehode, s čimer spremeni samo strukturo meddržavnih cestnih povezav. Ključno vprašanje pri tem je, kako se ti mehanizmi pošiljanja policijskih okrepitev na mejne prehode in odpiranje povsem novih prehodov odvijajo na molekularni ravni v živi celici.

V začetku šestdesetih let sta francoska biologa Jacques Monod in François Jacob s poskusi na bakterijah odkrila mehanizme, kako celica določa, kateri od genov, ki so shranjeni v zapisu njene DNK, so aktivni. Čeprav vse celice v telesu posameznika nosijo enak genski zapis, se po videzu in funkciji, ki jo opravljajo, vseeno bistveno razlikujejo. Vzrok razlik je v tem, da so v njih aktivirani različni geni, kar pomeni, da ne nastaja povsod enaka mešanica proteinov, ki celice pripravijo, da za telo opravljajo posamezne biološke funkcije. Ob študiju njunih dognanj je Kandel dobil idejo, da je morda prav mehanizem vklapljanja in izklapljanja določenih genov ključen tudi za pretvarjanje kratkotrajnih spominov v dolgotrajne.

Kandel je pokazal, da se morajo pri tvorbi dolgotrajnega spomina aktivirati tudi nekateri geni v celičnem jedru, ki sprožijo tvorjenje proteinov, s pomočjo katerih celica ustvarja nove sinapse. Ko se neki dražljaj ponavlja, to povzroči, da mora biti, vsaj v naši analogiji, okrepljeno število policistov dlje časa na mejah. To v državni upravi oziroma celičnem jedru zaznajo in zato pošljejo na mejo gradbince (encime), ki zgradijo nove mejne prehode (sinapse).

Proces izgradnje novih sinaps je seveda selektiven, saj ne bi bilo smotrno, da bi se tudi dolgotrajno shranjevali vsi kratkotrajni spomini. Kandel omenja primer boksarja, ki sredi borbe zaradi udarca v glavo izgubi zavest. Kasneje v slačilnici, ko pride ponovno k sebi, se zelo verjetno ne bo mogel spomniti, kaj se je dogajalo v ringu, čeprav je njegov spomin do udarca vse normalno beležil. Ker se zaradi izgube zavesti iz kratkotrajnih spominov niso uspeli tvoriti tudi dolgotrajni spomini, si boksar poteka borbe nikoli več ne bo mogel priklicati v spomin. Ti spomini so zanj izgubljeni. Nasprotno pa lahko intenzivno emocionalno stanje, kot je denimo avtomobilska nesreča, povzroči neposredno tvorjenje dolgotrajnega spomina, kar pomeni, da se bo priča dogodka lahko zelo natančno in živo še dolgo spominjala vseh podrobnosti, ki so se ji dogajale v takšnih izrednih trenutkih.

Čeprav je Kandel večino življenja posvetil raziskovanju mehanizmov tvorjenja spominov, je bil vrsto let tudi aktiven terapevt. Vseskozi je poudarjal, da ga je prav navdušenje nad psihoanalizo gnalo, da je raziskoval delovanje možganov, in še danes je prepričan, da bi se morale metode, ki podobno kot psihoanaliza temeljijo predvsem na preučevanju subjektivnih izkušenj in na medosebnih pogovorih, bolj povezovati z nevroznanostjo, ki preučuje biološke temelje delovanja možganov. Naslednji velik korak na področju raziskav spomina po njegovem prepričanju bo, ko bomo odkrili možganske mehanizme, kako zavestna pozornost vpliva na tvorbo prav določenih trajnejših spominov.