Theo Kandel, các nhà nghiên cứu “đang tiến vào một lãnh địa chưa từng có
người đặt chân tới”.
[365]
Ban đầu họ tìm hiểu các thay đổi phân tử xảy ra
tại dây thần kinh khi hình thành trí nhớ ngắn hạn. Họ phát hiện ra rằng quy
trình này không chỉ đơn giản là sự truyền các chất dẫn thần kinh - trong
trường hợp này là glutamate - giữa các tế bào thần kinh mà còn liên quan
tới các loại tế bào khác, gọi là các tế bào thần kinh trung gian. Các tế bào
thần kinh trung gian tạo ra hợp chất dẫn truyền thần kinh giúp tinh chỉnh
các kết nối tiếp hợp, điều chỉnh lượng glutamate dẫn vào khớp thần kinh.
Khi làm việc cùng hai nhà sinh hóa học James Schwartz và Paul Greengard,
Kandel phát hiện ra rằng quá trình tinh chỉnh diễn ra nhờ một loạt các tín
hiệu phân tử. Các hợp chất do tế bào thần kinh tạo ra liên kết với cơ quan
nhận cảm trên màng của tế bào trước khớp thần kinh - tế bào thần kinh
mang xung điện. Tế bào này khởi đầu một chuỗi phản ứng hóa học khiến tế
bào thần kinh sản sinh ra một phân tử là chất tuần hoàn AMP. Tiếp đó, chất
tuần hoàn AMP sẽ kích hoạt một protein có tên kinaza A, một loại enzyme
xúc tác kích thích tế bào phóng thêm nhiều glutamate vào khớp thần kinh,
nhờ đó tăng cường liên kết khớp thần kinh, kéo dài hoạt động điện trong
các tế bào thần kinh được liên kết và cho phép bộ não duy trì trí nhớ ngắn
hạn trong nhiều giây hoặc nhiều phút.
Thử thách tiếp theo mà Kandel phải đối mặt là tìm hiểu làm thế nào trí nhớ
ngắn hạn được giữ trong một khoảng thời gian rất ngắn có thể chuyển thành
trí nhớ dài hạn tồn tại lâu hơn. Cơ sở phân tử của quá trình hợp nhất là gì?
Để trả lời câu hỏi đó, ông cần bước vào lĩnh vực di truyền học.
Năm 1983, Viện Y tế Howard Hughes danh tiếng và giàu có đề nghị
Kandel, cùng Schwartz và nhà thần kinh học Richard Axel của Đại học
Columbia, dẫn đầu một nhóm nghiên cứu về nhận thức phân tử đặt tại
Columbia. Nhóm này nhanh chóng thành công khi tạo ra được tế bào thần
kinh từ ấu trùng Aplysia và dùng chúng như mô cấy trong phòng thí nghiệm
để tạo ra mạch thần kinh cơ bản kết hợp một tế bào trước dây thần kinh,
một tế bào sau dây thần kinh và dây thần kinh giữa hai tế bào đó. Để bắt
