Логотип журнала "Провизор"








Надежды и опасения

Л. Львова, канд. биол. наук

В современном понимании память — процесс приобретения, хранения и воспроизведения заученного. Стремление разобраться в этом процессе породило немало концепций. Все они способны более или менее логично объяснить определенный круг экспериментально установленных фактов. Но если не понять, то хотя бы приблизиться к окончательному пониманию движущих механизмов этого процесса, «дозволено» лишь одной концепции — системно селекционной. Приблизиться, увидеть перспективы и… ужаснуться…

Вариации на тему Декарта

Более трехсот лет назад Декарт связал память с порами в мозге. Точнее, с тем, что эти поры, через которые дух проходил раньше, становятся все более проходимыми, когда дух проходит через них снова. На этой идее основаны и многие современные концепции памяти. Среди них — концепция временной организации памяти, концепция состояний памяти и концепции распределенности памяти.

Отправной точкой в создании временной концепции стал эксперимент Г. Мюллера и А. Пильзекера по запоминанию слогов, показавший, что в течение часа кратковременная и легко нарушаемая память трансформируется в память устойчивую и долговременную, соизмеримую с продолжительностью жизни. Обнаруженный феномен исследователи назвали консолидацией памяти. Но объяснить его не смогли. Почти полвека спустя, в 1949 году, это сделал Хебб, предположив, что формирование кратковременной памяти обеспечивает реверберация (т. е. многократное прохождение нервного импульса по одному и тому же пути, через одни те же синаптические контакты) замкнутого «клеточного ансамбля», вовлеченного в обучение. Через определенное время, с появлением последствий реверберации в виде морфофункциональных и биохимических изменений в синапсах нейронов кратковременная память превращается в долговременную. Если же прохождение нервного импульса каким-то образом заблокировать или прервать, трансформация не состоится по причине физического «стирания» памяти.

Надо сказать, что временная концепция позволила объяснить многие экспериментально обнаруженные факты, в том числе и развитие ретроградной амнезии у животных, на которых практически сразу же после обучения воздействовали электрошоком. Более того, оказалось, что «всплеск» синтеза новых белков, наблюдаемый при запоминании информации, по длительности совпадает с периодом консолидации памяти, обнаруженным в свое время Г. Мюллером и А. Пильзекером. Однако были и другие факты. Факты, опровергающие ключевые положения гипотезы Хебба. Это и амнезия, вызванная отсроченным (относительно обучения) электрошоком. И спонтанное восстановление памяти после действия амнестического электрошока. И восстановление памяти путем «напоминания» (т. е. воздействием на перенесших электрошок животных раздражителем, значительно уступающим по силе «обучающему» и самостоятельным обучающим эффектом не обладающим). Необъяснимые с позиций временной концепции эти данные послужили толчком для создания новой концепции — концепции состояний памяти.

В рамках этой концепции память перестали делить на кратковременную и долговременную — ее стали рассматривать как некое единое свойство. Свойство, способное существовать в двух состояниях: активном и пассивном (или латент- ном). Активная память существует в виде электрических процессов, в основе которых лежит определенный «молекулярный субстрат», и поэтому готова к реализации в данный момент времени. В латентном состоянии электрическая активность нейронов заблокирована из-за неспособности молекулярных носителей «реализовать» свои возможности, из-за чего она не готова к непосред- ственному воспроизведению.

С такой точки зрения ретроградная амнезия есть не что иное, как переход памяти из активного состояния в пассивное. Кратковременная память — как новая часть активной памяти, которую можно актуализировать как непосред- ственно, так и через «подсказку», к примеру, прибегнув к напоминанию.

В пользу правомочности подобного функционального деления свидетель- ствует хотя бы то, что амнестический шок, не «подрывая» молекулярной базы памяти, временно блокирует ее воспроизведение, не позволяя молекулярным носителям перейти на качественно иной уровень — уровень электрической активности. Правда, молекулярные механизмы перевода пассивной памяти в активную пока остаются загадкой. И не только для авторов концепции состояний памяти — неизвестны они и создателям концепции распределенности памяти, которые, к слову говоря, начали с того, что попытались определить локализацию памяти. Однако результат оказался совершенно неожиданным: удаление даже достаточно больших участ- ков мозга не сказывалось на обучаемости животных и почти не влияло на их память. Исходя из этого, К. Лешли пришел к выводу о том, что «памяти нигде нет, но в то же время она повсюду». И что особенно важно, не имея определенной локализации, память в зависимости от обстоятельств считывается с нейронов различных структур мозга. Другими словами, нейронная цепь, которая опосредует актуализацию памяти в определенные моменты времени, подвержена функциональным перестройкам. То, что функциональные перестройки действительно имеют место, подтверждают экспериментально обнаруженное «блуждание» активных центров памяти и выявленная опытным путем взаимосвязь различных структур мозга с нарушениями памяти при локальных стимуляциях через разное время после обучения.

Как именно перестраиваются нейронные цепи, удалось выяснить в опытах на популяциях нейронов, выделенных из разных структур мозга.

Судя по результатам определения электрической активности нейронов, максимальный постсинаптический ответ на обучение у них приходится на разное время: у подавляющего большин- ства максимальный ответ был зафиксирован спустя 30–40 минут после обучения (они как бы продемонстрировали латентное обучение) и менее чем у 14% клеток — сразу же по завершении обучения. При этом у нейронов, достигших наивысшего состояния активности памяти, с каждой следующей серией обучения пик активности отодвигался все дальше, а активная память сохранялась все дольше. Когда же одна группа клеток утрачивала активную память, другая — тут же ее приобретала. И так продолжалось до тех пор, пока нейронный ансамбль не исчерпывал отведенный ему временной резерв. После чего память полностью переходила в латентное состояние, из которого ее могло вывести «напоминание» с помощью каких-то, неведомых пока никому, механизмов.

Новый взгляд на старую проблему

В отличие от адептов трех вышеопис- анных концепций, сторонники системного подхода не рассматривают нейрон как проводник возбуждения, из-за чего проблема увеличения эффективности проведения нервного импульса (в терминологии Декарта, увеличение проходимости пор) отпадает сама собой. С системных позиций формирование нового поведения равносильно формированию новой системы совместно активирующихся нейронов, локализованных в разных структурах мозга и далеко не всегда связанных прямыми влияниями.

В частности, в рамках системно-селекционной концепции научение трактуется как процесс селекции и прогрессивной специализации нейронов. А формирование новой нейрональной системы рассматривается как формирование нового элемента индивидуального опыта в процессе обучения.

Согласно этой концепции каждая группа нейронов мозга, имея свою специфику, обусловленную генетическими и эпигенетическими* модификациями, при определенных изменениях внешней среды активируется по-своему. Отбор нейро нов в группы осуществляется как на ранних этапах индивидуального развития, при созревании мозга, так и при обучении, в процессе поведенческого взаимодействия со средой. При созревании мозга, сопровождающегося гибелью множества нейронов, формируется первичный ассортимент, при обучении — вторичный, предположительно, из «резерва» низкоактивных или молчащих клеток. Не исключено, что в формировании новых систем участвуют и вновь образовавшиеся нейроны. Хотя бы потому, что по завершении миграции у новых нейронов спайковая активность — в отличие от синаптической — появляется не сразу. Другими словами, их вовлечение в совместную деятельность (как, возможно, и вовлечение «резервных» клеток в специализацию) сопровождается переходом от «молчания» к импульсации.

*эпигенетические модификации — изменения, происходящие в процессе зародышевого развития.

О правомочности допущения свидетельствуют и данные о том, что искусственное подавление неонейрогенеза нарушает формирование памяти. Еще одним аргументом в пользу этого предположения является то, что у канареек среди нейронов вентрального гипер- стриатума, специализированных относительно новой песни, были обнаружены вновь появившиеся нейроны.

Но как бы там ни было, откуда бы ни «рекрутировались» нейроны в новые системы, главное, что отобранные клетки приобретают специализацию относительно новой системы, формируемой при обучении. И поскольку системная специализация нейронов отличается постоянством, новая система просто добавляется к «старым», как бы «наслаиваясь» на них. (Иначе говоря, в рамках системно-селекционной системы формирование памяти представляет собой специализацию группы «рекрутированных» нейронов относительно вновь формируемой системы и «присоединение» этой системы к ранее сформированным системам.) Однако самое любопытное, что реализацию поведения обеспечивают не только новые системы, сформированные при обучении актам, составляющим это поведение, но и множество старых, сформированных на предыдущих стадиях индивидуального развития. Это доказано в экспериментах с регистрацией активности нейронов, специализированных относительно систем «разного» возраста. И еще в этих экспериментах доказано, что один и тот же нейрон из старой системы может участвовать в осуществлении разных поведенческих актов за счет согласования своей собственной активности с активностью той или иной группы нейронов.

Другими словами, в реализации поведения отражается история его формирования — история множества систем, связанных с этапами становления этого поведения.

Это означает, что внешне одинаковое поведение с разной историей формирования имеет различное нейрональное обеспечение. А следовательно, и разную структуру памяти, актуализируемую при его реализации, чем, кстати говоря, объясняется и различное поведение разных людей в одной и той же жизненной ситуации.

Как ни удивительно, задолго до появления системно-селекционной концепции верность системного подхода доказал И. Павлов, показав, что прибавление новых условных рефлексов незамедлительно сказывается на состоянии прежних. В последние годы в экспериментах с определением системной специализации нейронов при последовательном формировании разных поведенческих актов были получены данные, свидетельствующие об изменении ранее сформированной системы поведенческого акта после обучения следующему акту. А в опытах с регистрацией нейронной активности у животных, сначала обученных добывать пищу и затем — алкоголь, было обнаружено, что наряду с нейронами, специализировавшимся относительно алкогольдобывающего поведения, в обеспечении этого поведения участвует и «старая», специализированная относительно пищедобывающего поведения. Но в модифицированном виде. (Такая модификация «старой» системы получила название аккомодационной реконсолидации.)

Последнее обстоятельство, на взгляд известного российского ученого Ю. Алек- сандрова, явно свидетельствует о том, что при анализе формирования памяти нужно учитывать не только появление ее новых элементов, но и модификацию «старых», сформированных ранее элементов. С этой точки зрения консолидация памяти включает две группы неразрывно связанных процессов:

  • процессы системной специализации, обусловленные морфологической и функциональной модификацией нейронов, которая, в свою очередь, связана с их вовлечением во вновь формируемую систему;
  • процессы аккомодационной реконсолидации, обусловленные включением «старой» системы в структуру памяти индивида, или, что то же самое, морфологической и функциональной модификацией нейронов ранее сформированных систем.

Как утверждает автор системного описания процесса консолидации, дифференцированный подход к модификациям первой и второй группы позволит лучше понять закономерности формирования памяти.

Основы памяти

Первым и, пожалуй, важнейшим шагом в понимании молекулярных механизмов консолидации памяти стало открытие сорокалетней давности, показавшее, что переход кратковременной памяти в долговременную нуждается в синтезе новых молекул РНК и белка (т.е. в экспрессии генов). Вдобавок обнаружилось, что химическая блокада экспрессии генов в «переходный период» препятствует образованию долговременной памяти. Но какие именно гены активируются в процессе обучения и какие именно функции они выполняют в нервных клетках, удалось выяснить только много лет спустя.

Первыми генами, активация которых была обнаружена в мозге при обучении, оказались «непосредственные ранние гены» (они же «гены первичного ответа», они же «гены раннего ответа» или просто «ранние гены»), кодирующие транскрипционные факторы. Сами же «ранние гены» были впервые идентифицированы в культуре клеток при изучении механизмов геномного ответа на действие факторов роста, запускающих процессы клеточного цикла. Эти гены — тогда еще безымянные — активизировались через несколько минут после добавления в клеточную культуру факторов роста и никак не реагировали на введение ингибиторов синтеза белка. Словом, как и «непосредственные ранние гены» ДНК-вирусов, они были заранее «готовы» к восприятию внеклеточного сигнала, из-за чего, соб- ственно, и получили свое название.

Первыми идентифицированными продуктами «ранних генов» оказались ядерные белки, связывающиеся с ДНК и регулирующие транскрипцию других генов, которых, опять-таки по аналогии с вирусными генами, стали называть «поздними генами», «генами позднего ответа» или «эффекторными генами».

Первым из семейства «поздних генов» был клонирован ген c-jun.

Первым из семейства «ранних генов» был клонирован ген c-fos.

Поначалу было установлено, что он играет важную роль на ранних стадиях индивидуального развития, регулируя рост и пролиферацию клеток в процессе эмбрионального развития. Потом оказалось, что ген c-fos «функционирует» и в мозге обучающихся взрослых животных. Судя по тому, что при различных формах обучения у разных животных избирательная блокада активности гена c-fos (т. е. подавление трансляции его матричной РНК) вызывала нарушение долговременной памяти, в формировании памяти его роль столь же значима, как и при созревании мозга в раннем онтогенезе. Потом оказалось, что столь же важную роль — как на ранних стадиях онтогенеза, так и в процессе формирования памяти индивида — могут играть и другие члены семейства «ранних генов»: их экспрессия, как и экспрессия гена c-fos, запускает каскад молекулярно-генетических процессов, обусловливающих морфологические изменения нейронов. И что характерно, в обоих случаях срабатывает один и тот же двухфазный механизм: кратковременный — примерно двухчасовой — процесс активации «ранних генов» посредством факторов роста, медиаторов и гормонов, на смену которому приходит экспрессия «поздних генов». В том числе генов синаптических белков, которые, изменяя связи нейронов, определяют их функциональную специализацию в системе межклеточных отношений и генов морфорегуляторных молекул, имеющих непосредственное отношение к морфологическим модификациям нейронов. (Например, к изменению размеров и числа синапсов, наблюдаемому при консолидации памяти.)

Выявленное сходство настолько велико, что на молекулярно-генетическом уровне процессы, сопряженные с развитием мозга в раннем онтогенезе, и процессы формирования памяти практически неотличимы. Различие между ними становится очевидным только при системном подходе. Заключается же это различие «в смене руководства»: если в раннем онтогенезе экспрессия генов контролируется исключительно клеточными и молекулярными взаимодействиями, то при формировании памяти она переходит под контроль когнитивных процессов.

Учитывая, что с точки зрения системно-селекционной концепции обучение предполагает формирование специализаций нейронов относительно новой системы, российские исследователи выдвинули вполне логичное предположение о связи экспрессии «ранних генов» с формированием специализаций. А затем и подтвердили его экспериментально, зафиксировав достоверное увеличение экспрессии «ранних генов» именно в тех мозговых структурах, где после обучения достоверно возрастало количество специализированных нейронов.

Те же исследователи решили выяснить влияние предыдущего индивидуального опыта и субъективной новизны того или иного события на активацию «ранних генов» в клетках мозга, для чего поставили следующий эксперимент. Поместили подопытных мышей в камеру, где ежедневно, на протяжении довольно длительного времени наносили им неизбегаемые электрокожные раздражения.

Первые несколько дней процедура вызывала массивную активацию гена c-fos в разных структурах мозга — коре, гиппокампе и мозжечке. По прошествии шести дней электрокожное раздражение никакой активации гена c-fos в клетках мозга не индуцировало — воздействие утратило свою новизну и перешло для животных в категорию ожидаемых событий в системах их индивидуального опыта. Еще нагляднее этот феномен проявился у животных специальной группы.

На протяжении пяти дней этим животным проводили электрокожную стимуляцию. На шестой день их поместили в ту же камеру, но раздражения не наносили. Отсутствие стимуляции вызвало у мышей парадоксальный, на первый взгляд, эффект — значительную активацию гена c-fos, особенно в клетках гиппокампа. Обнаруженный эффект исследователи объяснили тем, что экспрессия гена c-fos связана не с внешними стимулами, действующими на мозг, а их несоответствием материалу индивидуальной памяти. Если же продолжить логическую цепочку, то получается, что и на поведенческом, и на молекулярном уровнях все события можно свести к попыткам устранить рассогласование с предыдущим опытом, приспособиться к новым условиям существования. И, судя по имеющимся данным, происходит это не только при обучении и развитии мозга. Стресс, голод, поражения нервной системы или ишемия мозга тоже вызывают активацию «ранних генов». Кроме того, есть сведения о том, что после локальных повреждений мозга, восстановление поведения обеспечивают развивающиеся в интактных структурах мозга процессы реорганизации, напоминающие пластические перестройки при обучении. Имеются также данные о схожести механизмов «долгосрочных адаптаций» к хроническому воздействию психоактивных веществ и механизмов формирования долговременной памяти, а также полной идентичности адаптации, возникающей при хроническом употреблении алкоголя, модификациям, лежащим в основе формирования нового опыта. (К коим относятся перестройки нейронов, связанные с формированием новых специализаций нейронов относительно алкогольдобывающего поведения, и процессы аккомодационной реконсолидации преморбидных, т. е. сформированных до возникновения потребности в алкоголе — специализаций.)

Однако при всем при этом восстановление в патологии имеет свою специфику: в патологии нейроны не могут согласовать свои «потребности», используя «старый» опыт. Они вынуждены искать новые пути для устранения рассогласования.

P. S. Нейрохимические исследования последних лет показали, что на генном уровне можно регулировать скорость запоминания информации и его (т. е. запоминания) эффективность. Однако, на взгляд автора двухфазной модели активации генов К. Анохина, обольщаться по этому поводу не стоит. Возможность можно использовать во благо, улучшить «подпорченную» память (чего до сих пор никому не удавалось). Можно и во вред — ослабить или, что гораздо хуже, вообще уничтожить память. Чем чреват второй вариант, догадаться нетрудно.

Литература

  1. Сакбаев А. А. Концепции памяти //http://flogiston.ru
  2. Александров Ю. И. Научение как образование «следов» и как системогенез // www.neyrosciense.ru
  3. Анохин К. В. Обучение и память в молекулярно-генетической перспективе // Двенадцатые Сечененовские чтения.— М., 1996.
  4. Анохин К. В. Психофизиология и молекулярная генетика мозга / Основы психофизиологии. Под. ред. Ю. И. Александрова.— СПб., 2001.




© Провизор 1998–2017



Грипп у беременных и кормящих женщин
Актуально о профилактике, тактике и лечении

Грипп. Прививка от гриппа
Нужна ли вакцинация?
















Крем от морщин
Возможен ли эффект?
Лечение миомы матки
Как отличить ангину от фарингита






Журнал СТОМАТОЛОГ



џндекс.Њетрика