ஒரு தனி உயிரணு அல்லது செல் (cell) நினைவில் வைத்துக்கொள்கிறதா?

எனக்குள் ஏதோ இருக்கிறது, அது என்ன?”

-வின்சென்ட் வான் கோ

ஒரு சிறிய ஆனால் உற்சாகமான நரம்பியல் விஞ்ஞானிகள் குழு, கவனிக்கப்படாத சோதனைகளை தோண்டி எடுத்து, செல்கள் கடந்த கால அனுபவங்களைப் பதிவு செய்கிறதா என்பதை ஆராய புதிய சோதனைகளைச் செய்து வருகிறது – இது  அடிப்படையில் ‘நினைவாற்றல்’ என்றால் என்ன என்பதற்கான புதிய சவால்.

2025 ஜூலை மாதத்தில் Quanta Magazineல் Claire L. Evans எழுதிய கட்டுரை ஒரு சுவாரஸ்யமான கேள்வியை ஆராய்கிறது: “ஒரு தனி உயிரணு அல்லது செல் (cell) நினைவில் வைத்துக்கொள்கிறதா?”

1983 ஆம் ஆண்டு டிசம்பர் மாதம். எண்பது வயது மரபியலாளர் பார்பரா மெக்கிளின்டாக் (Barbara McClintock) ஸ்டாக்ஹோமில் தனது நோபல் பரிசு பற்றிய உரையில், 1950களின் முற்பகுதியில் தனது கண்டுபிடிப்புக்கு வழிவகுத்த சோதனைகள், டிஎன்ஏ வரிசைமுறைகள் மரபணு முழுவதும் எவ்வாறு இடமாற்றம் செய்ய முடியும் என்பது பற்றி உரையாடுகிறார். உரையின் முடிவில் அவர் திடீரென்று, ஒரு செல்லுக்கு தன்னைப் பற்றி என்ன தெரியும்? என்ற கேள்வியை முன் வைக்கிறார்.

மெக்கிளின்டாக் விசித்திரத்தன்மைக்கு பெயர் பெற்றவர். இருப்பினும், அவரது கேள்வி ஒரு தாவர மரபியலாளரை விட ஒரு தத்துவஞானியிடமிருந்து வந்ததாகத் தோன்றியது. தாவர செல்கள் “சிந்தனையுடன்” பதிலளிப்பதைக் கண்ட ஆய்வக சோதனைகளை அவர் விவரித்தார். எதிர்பாராத மன அழுத்தத்தை எதிர்கொண்டபோது, அவை “நமது தற்போதைய புரிந்துகொள்ளும் திறனுக்கு அப்பாற்பட்ட வழிகளில் சரிசெய்து கொண்டதாகத் தோன்றியது”. ஒரு செல் தன்னைப் பற்றி என்ன அறிந்திருக்கிறது என்பதை கண்டுபிடிப்பது எதிர்கால உயிரியலாளர்களின் பொறுப்பு என்று அவர் கூறினார்.

நாற்பது ஆண்டுகளுக்குப் பிறகும், மெக்கிளின்டாக்கின் கேள்வி அதன் ஆற்றலை இழக்கவில்லை. அந்த எதிர்கால உயிரியலாளர்களில் சிலர், ஒரு செல்லுக்கு “அறிதல்” என்றால் என்ன என்பதைக் கண்டுபிடிப்பதில் இப்போது தீவிரமாக உள்ளனர், ஏனெனில் அவர்கள் ஒரு செல்லுலார் உயிரினங்கள் மற்றும் நரம்பு அல்லாத மனித உயிரணுக்களில் அடிப்படை அறிவாற்றல் நிகழ்வுகளின் அறிகுறிகளை – நினைவில் வைத்து கற்றுக்கொள்ளும் திறன் போன்றவை – வேட்டையாடுகிறார்கள். அத்தகைய திறன்களுக்கு ஒரு பலசெல்லுலார் நரம்பு மண்டலம் ஒரு முன்நிபந்தனை என்று அறிவியல் நீண்ட காலமாகக் கருதி வருகிறது, ஆனால் புதிய ஆராய்ச்சி, ஒற்றை செல்கள் தகவமைப்பு நோக்கங்களுக்காகத் தோன்றும் தங்கள் அனுபவங்களின் பதிவை வைத்திருக்கின்றன என்பதை வெளிப்படுத்துகிறது.

நாம் பெரும்பாலும் நினைவுகளை மூளை மற்றும் நரம்பு அணுக்களில் இருப்பதாகத்தான் கருதுகிறோம்.  ஒரே நேரத்தில் செயல்படும் நரம்பு அணுக்கள் (neurons) ஒன்றுக்கொன்று வலுவாக இணையும் முறையால் நினைவுகளை உருவாக்குகின்றன. இதை சினாப்டிக் பிளாஸ்டிசிட்டி (synaptic plasticity) என்பர். ஆனால், தோல், சிறுநீரகம் போன்ற இடங்களில் உள்ள சாதாரண செல்கள், கடந்த அனுபவங்களைக் கற்பது மற்றும் நினைவு கூறுதல் மூலம், அடுத்த முறை வேறுபட்ட முறையில் பதிலளிக்குமா என்பதுதான் இக்கட்டுரை எழுப்பும் முக்கியமான கேள்வி. 

நூறு ஆண்டுகளுக்கு முன் ஹெர்பர்ட் ஸ்பென்சர் ஜெனிங்ஸ் என்ற விஞ்ஞானி, ciliates என்ற ஒற்றைச்செல் உயிரிகளை ஆய்வு செய்தார். ஒரு நிறமூட்டும் திரவத்தைக் கொண்டு,  அவ்வுயிரிகளை மீண்டும் மீண்டும் தொந்தரவு செய்த போது, அவற்றின் நடத்தை மாறியது  மட்டுமல்லாமல், ஒவ்வொரு முறையும் அது முன்னைவிட விரைவாகவும் ஒழுங்காகவும் பதிலளிப்பதைக் கண்டார். இது “கற்றல்” போல தோன்றியது.

ஆனால் அந்தச் சமயத்தில் இது பெரிய சர்ச்சையாகி, 20-ம் நூற்றாண்டில் பெரும்பாலும் புறக்கணிக்கப்பட்டது. விஞ்ஞானிகள் இந்த உயிரிகள் வெறும் தன்னிச்சையான உந்துதல்களுக்கு மட்டும் பதிலளிக்கும் என நம்பினர்.

மேலும், 1950களில் Beatrice Gelber என்ற ஆராய்ச்சியாளர் paramecia உயிரிகளை, உலோக கம்பி வரும் போது உணவு கிடைக்கும் என பழக்கினார். இதுவும் கற்கும் தன்மை இருப்பதைச் சுட்டிக் காட்டியது.

ஒருகாலத்தில் புறக்கணிக்கப்பட்ட இவ்வாறான ஆய்வுகள், இப்போது முக்கியமாகக் கருதப்படுகின்றன.

சமீபத்தில்  ஹார்வர்ட் பேராசிரியர் Sam Gershman, மற்றும் முன்னாள் ஹார்வர்ட் மருத்துவப் பள்ளி பேராசிரியர் Jeremy Gunawardena தலைமையில், ஜெனிங்ஸ் செய்த ஆய்வுகள் (2019) மீண்டும் பரிசோதிக்கப்பட்டன. சரியான வகை உயிரிகளை பயன்படுத்தியதால், அவர் கண்டது உண்மை என்று நிரூபிக்கப்பட்டது.

ஒரு செல் “நினைவில் வைப்பது” என்றால் என்ன?

ஒரு செல்லுக்கு “நினைவு” என்பது, நம் போன்ற பழைய நினைவுகளை நினைவுகூர்வது அல்ல. அது, முன்னர் நடந்த அனுபவங்களின் அடிப்படை மாற்றங்களால், அடுத்த முறை ஒரு சைகை வரும்போது அதை வேறு விதமாக எதிர்கொள்வது. ஒரு செல், ஊட்டச்சத்து, ஹார்மோன், அருகில் உள்ள செல்களின் சைகைகள் போன்ற வேதியியல் வடிவங்களை ஒவ்வொரு தருணத்திலும் பெறுகிறது. அந்த அனுபவங்கள், செல்களின் உள்ளே உள்ள புரோட்டீன்/டிஎன்ஏ செயல்பாடுகளை மாற்றுகிறது. அவ்வாறான மாற்றங்கள் அடுத்த சைகளுக்கு அளிக்கும் பதில்களையும் மாற்றுகின்றன என்கிறார் மூலக்கூறு உயிரியலாளர் நிக்கோலை குகுஷ்கின்.

மனிதர்களின் செல்களுக்கு Spacing effect எனும் மனவியலுக்கான கோட்பாடு, ஒரே நேரத்தில் அனைத்தையும் படிப்பதைவிட இடைவெளி விட்டு பலமுறை படிப்பதால் நினைவு நீண்டநாள் நிலைக்கும் என்பதாகும்.

குகுஷ்கின் குழு மனித சிறுநீரகம், நரம்பு அணுக்களை ஆய்வகத்தில் வளர்த்து, “நினைவு பதில்களை” ஒளி வீசும் (light emitting) புரோட்டீன்களால் காணக்கூடியவாறு வடிவமைத்து, சோதித்தனர். ஒரே முறை, மூன்று நிமிட இரசாயன உந்துதலில் ஒளி சில மணி நேரமே நீடித்தது. ஆனால் நான்குமுறை குறுகிய, இடைவெளி விட்டு ஊக்குவித்த போது, ஒளியானது ஒரு நாளுக்கும் மேலாக நீடித்தது. இதன் மூலம், நரம்பில்லாத செல்களும் இடைவெளியுடன் வரும் சைகளைச் சிறப்பாக நினைவில் வைத்துக் கொள்ள முடியும் என்பது உறுதியாகிறது.

செல்களுக்கும் வாழ்வதற்காக நினைவு அவசியமாகிறது. உதாரணமாக, Slime mold உயிரிகள் ஏற்கனவே தேடிய இடத்தை வேதியியல் தடம்பதிவு மூலம் “நினைவில்” வைக்கின்றன. பாக்டீரியாக்கள், முன்பிருந்த சூழலுடன் தற்போது இருக்கும் சூழலை ஒப்பிட்டு, எங்கு செல்ல வேண்டும் என்று முடிவு செய்கின்றன.

மனிதர்கள் மற்றும் விலங்குகள் நினைவை அரிதாகக் காண்பது அவர்களின் நடத்தை மூலம். ஆனால் ஒற்றை செல்களுக்கு (single cells)க்கு நடத்தை தெளிவாக தெரியாது. ஆனால், “மூலக்கூறு அளவில்” ஏற்படும் நீடித்த மாற்றத்தை ஒரு நினைவாக கருதலாம். உதாரணமாக, எதிர்ப்பு முறையின் (immune system) செல்கள், முன்பு சந்தித்த தொற்றை ரசாயன தடமாக நினைவில் வைத்து அடுத்த முறை விரைவாகப் பதிலளிக்கின்றன.

ஜெனிங்ஸ் மற்றும் ஜெல்பர் கண்டுபிடிப்புகள், அக்காலத்தின் அறிவியல் கோட்பாடுகளுக்கு ஏற்ப இல்லாததால் புறக்கணிக்கப்பட்டன. “தானியக்க மறுஉத்தேசங்கள்” (tropisms) மற்றும் பின்வரும் நடத்தைவியல் கொள்கைகள் ஆதிக்கம் செலுத்தின.

இப்போது புதிய தொழில்நுட்பங்களாலும் திறந்த மனப்பாங்காலும், பழைய ஆய்வுகள் மீண்டும் உயிர் பெற்றுள்ளன.

ஒரு செல்லின் நினைவக இயந்திரம்

செல்களுக்கு கணினி சிப் (chip) போல நினைவகம் இல்லை. அவற்றின் நினைவு என்கோடிங் முறையில் செயல் படுகின்றது. சில ஜீன்கள் “ஆன்/ஆஃப்” ஆகின்றன. சில மூலக்கூறுகள் மூலம் புரோட்டீன் அளவு அதிகரிக்கவோ குறையவோ செய்கின்றன. சில டிஎன்ஏ-க்கு வேதியியல் அடையாளங்கள் சேர்க்கப்படுவதனால் ரசாயன கையொப்பங்களை உண்டாக்கின்றன.  

நரம்பு அறிவியலில் நினைவு, பெரும்பாலும் synapse என்பதில் மட்டுமே உள்ளது என்று கருதப்படும். ஆனால் குகுஷ்கின் ஆய்வுகள், பல மூலகங்களின் வழிகளில், நரம்பில்லாமல் நினைவுகள் உருவாகலாம் என காட்டுகின்றன.

இன்றைய நவீன பரிசோதனைகள் மூலம் செல் நினைவுகளைப் புரிதல், மறுசீரமைப்பு மருத்துவம், நோய் எதிர்ப்பு மற்றும் புற்றுநோய் சிகிச்சைகளில் புதிய மாற்றத்தை கொண்டு வரும் என்று நம்புகிறது.

நினைவுகளின் கட்டமைப்பு

2025-ம் ஆண்டு Scripps Research வெளியிட்ட கட்டுரையில், மூளையின் (ஹிப்போகேம்பஸ்) hippocampus-இல் நினைவுகள் எப்படி சேமிக்கப்படுகின்றன என்பதை மிக விரிவாக 3D எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி மற்றும் செயற்கை நுண்ணறிவின் உதவியுடன் கண்டறிந்தனர். ஒரே கற்றல் செயல்பாட்டில், எந்த நியூரான்கள்  ஊக்கப்படுகின்றன  என்பதைக் குறித்து, அவற்றின் சினாப்டிக் (synaptic) இணைப்புகள் நானோ மீட்டர் அளவு வரை விளக்கப்பட்டுள்ளது. நினைவு தடங்கள் (Engram) என்ற அணுக் கட்டமைப்பை வேறு மூளை இணைப்புகளிலும் (brain circuit) காண முடியும் என நிபுணர்கள் கருதுகிறார்கள். MSB-கள் (Multi-Synaptic Boutons) எனும் புதிதாகக் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட உள்முறைகள், நினைவிழப்புக்கு புதிய மருந்து நோக்குத் தீர்வுகளை தருகின்றன.

https://scitechdaily.com/rewriting-the-brains-rulebook-scientists-uncover-memorys-hidden-architecture : Rewriting the Brain’s Rulebook: Scientists Uncover Memory’s Hidden Architecture

நினைவிழப்பு நோய்க்கான (dementia) சமீப கால அறிவியலின் நோக்கு

இன்று உலகம் முழுவதும் டிமென்ஷியா பாதிப்பு ஒரு வருடத்திற்கு பத்து மில்லியனுக்கு மேல் அதிகரித்துள்ளது. அல்ஜெமியர் (Alzheimer) நோய் தான் dementia-வுக்கான முக்கியமான அறிகுறி.  முதுமை, மரபியல், சுற்றுச்சூழல் காரணிகள், வாழ்க்கை முறை போன்ற பல காரணிகள் டிமென்ஷியாவுக்கு வழிகாட்டுகின்றன. மூளையிலுள்ள cholinergic நியூரான்கள் அழிவது, நினைவழிவு ஏற்படுவதற்கான ஆரம்பக் காரணம்.

அமிலாய்டு கருதுகோள் மற்றும் டௌ (tau) புரதம், ஆக்ஸிஜனேற்ற அழுத்தம் (oxidative stress), நரம்பு அழற்சி, உலோக அயனி ஏற்றத்தாழ்வு போன்ற காரணிகள், உயிரியலியல் மற்றும் மருந்து ஆய்வுக்குப் பெரும் இடம் பிடித்துள்ளன.

மூளைச் செல்லில், வினைபுரியும் ஆக்ஸிஜன் வகைகள் அதிகமாக உற்பத்தியாவதால் ஏற்படும் நியூரான் சிதைவு, AD-யின் முக்கிய பங்காக கருதப்படுகிறது.

2025-ல் Bordeaux ஆய்வாளர்கள் விலங்கு மாதிரியைக் கொண்டு mitochondria function-ஐ ஏற்ற நினைவு சிதைவுகளை மாற்ற முடிந்ததாக கூறியுள்ளனர்.

 KIBRA, PKMζ போன்ற புரதங்கள் synaptic memory-யின் இணைப்பாக செயல்படுகின்றன. இரண்டு புரோட்டீன்கள் ஒன்றுக்கொன்று நிலையான தொடர்பு கொண்டிருந்தால், நெடுங்கால நினைவாற்றலாக பதிந்து இருக்கும்.

“It’s the persistent association between two proteins that maintains the memory, rather than a protein that lasts by itself for the lifetime of the memory.”

Panayiotis Tsokas, Neuroscientist

மூளையற்ற கற்றல்

நினைவகமும் கற்றலும் மூளையில் உள்ள “சினாப்டிக் பிளாஸ்டிசிட்டியின்” விளைவுகள் என்பது நரம்பியல் அறிவியலில் நிலவும் நீண்ட கால ஞானமாக இருந்து வருகிறது. ஒரு அனுபவத்தின் போது ஒரே நேரத்தில் செயல்படும் நியூரான்களின் கொத்துக்களுக்கு இடையிலான தொடர்புகள், அனுபவம் கடந்த பிறகும் செயலில் இருக்கும் இணைப்புகளால் வலுவடைந்து, அதை ஒரு நினைவகமாக நிலைநிறுத்துகின்றன. இந்த நிகழ்வு, ஒரு நூற்றாண்டின் சிறந்த பகுதிக்கு நினைவாற்றல் பற்றிய நமது புரிதலை வடிவமைத்துள்ளது. ஆனால் தனித்த நரம்பு அல்லாத செல்கள் நினைவில் வைத்துக் கொள்ளவும் கற்றுக்கொள்ளவும் முடிந்தால், நியூரான்களின் இணைப்புகள் முழு கதையாக இருக்க முடியாது.

பரிணாமக் கண்ணோட்டத்தில், நரம்பு மண்டலத்திற்கு வெளியே உள்ள செல்கள் உயிர்வாழ்வை ஊக்குவிக்கும் வகையில் அவற்றின் அனுபவங்களால் மாற்றப்படுவது அர்த்தமுள்ளதாக இருக்கிறது. “நினைவகம் என்பது நூற்றுக்கணக்கான மில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு முன்பு மூளை தோன்றிய அமைப்புகள் உட்பட அனைத்து உயிரின அமைப்புகளுக்கும் பயனுள்ளதாக இருக்கும்” என்று ஹார்வர்ட் பல்கலைக்கழகத்தின் அறிவாற்றல் விஞ்ஞானி சாம் கெர்ஷ்மேன் கூறுர்.

உணவுக்காகத் தேடிச் செல்லும் அசெல்லுலர் சேறு அச்சுகள், அவை எங்கிருந்தன என்பதை நினைவூட்டும் வேதியியல் தடயங்களை இடுகின்றன. வேதியியல் சாய்வுகள் வழியாக மிகவும் சாதகமான சூழல்களை நோக்கி நகரும்போது பாக்டீரியாக்கள் தற்போதைய மற்றும் முந்தைய நிலைமைகளை ஒப்பிடுகின்றன. இந்த “மிகவும் பழமையான நினைவாற்றல் வடிவங்கள்” சினாப்டிக் பிளாஸ்டிசிட்டிக்கு ஒரு முக்கியமான, நிரப்பு பங்கை வகிக்கக்கூடும் என்று கெர்ஷ்மேன் ஒரு ஊகத்தைக் கொண்டுள்ளார் – அந்த அளவுக்கு அவர் சமீபத்தில் ஒற்றை செல் சிலியேட் ஸ்டென்டர் கோரூலியஸை முறையாக ஆய்வு செய்ய தனது செயல்பாட்டில் ஒரு ஈரமான ஆய்வகத்தைச் சேர்த்தார்.

நினைவுகள் மறைவதில்லை 

அறிவியல் உலகம் நினைவுகளின் அணுக்கட்டமைப்பை  மரபணுக்கள், புரத தொடர்புகள், சினாப்டிக் தடயங்கள் மூலம் குறியீடு நீக்கம்  செய்ய ஆரம்பித்திருக்கிறது. முதுமை மற்றும் டிமென்ஷியா உயிரியல் சுவட்டை மாற்றும் வலுவான உந்துநர்கள். மூலக்கூறு மற்றும் உயிரி பொறியியல் முன்னேற்றங்கள் மனித நினைவு மறுசீரமைப்பு மற்றும் பாதுகாப்புக்குமான புதிய இரைச்சல்கள். இன்று அறிவியல் சொல்லும் உண்மை: சில நினைவுகள் மங்கிவிடும், சில ஆழமாக மறைந்திருக்கும் – ஆனால் அனைத்தும் மூலக்கூறு மட்டத்தில் ஒரு அடையாளத்தை விட்டுச் செல்கின்றன