Загадка человеческой памяти — одна из главных научных проблем XXI века, причем разрешать ее придется совместными усилиями химиков, физиков, биологов, физиологов, математиков и представителей других научных дисциплин. И хотя до полного понимания того, что с нами происходит, когда мы «запоминаем», «забываем» и «вспоминаем вновь», еще далеко, важные открытия последних лет указывают правильный путь.

Одна из главных проблем нейрофизиологии - невозможность проводить опыты на людях. Однако даже у примитивных животных базовые механизмы памяти схожи с нашими.

Павел Балабан

На сегодняшний день даже ответ на базовый вопрос — что собой представляет память во времени и пространстве — может состоять в основном из гипотез и предположений. Если говорить о пространстве, то до сих пор не очень понятно, как память организована и где конкретно в мозге расположена. Данные науки позволяют предположить, что элементы ее присутствуют везде, в каждой из областей нашего «серого вещества». Более того, одна и та же, казалось бы, информация может записываться в память в разных местах.

Например, установлено, что пространственная память (когда мы запоминаем некую впервые увиденную обстановку — комнату, улицу, пейзаж) связана с областью мозга под названием гиппокамп. Когда же мы попытаемся достать из памяти эту обстановку, скажем, десять лет спустя — то эта память уже будет извлечена из совсем другой области. Да, память может перемещаться внутри мозга, и лучше всего этот тезис иллюстрирует эксперимент, проведенный некогда с цыплятами. В жизни только что вылупившихся цыплят играет большую роль импринтинг — мгновенное обучение (а помещение в память — это и есть обучение). Например, цыпленок видит большой движущийся предмет и сразу «отпечатывает» в мозге: это мама-курица, надо следовать за ней. Но если через пять дней у цыпленка удалить часть мозга, ответственную за импринтинг, то выяснится, что… запомненный навык никуда не делся. Он переместился в другую область, и это доказывает, что для непосредственных результатов обучения есть одно хранилище, а для длительного его хранения — другое.

Запоминаем с удовольствием

Но еще более удивительно, что такой четкой последовательности перемещения памяти из оперативной в постоянную, как это происходит в компьютере, в мозге нет. Рабочая память, фиксирующая непосредственные ощущения, одновременно запускает и другие механизмы памяти — среднесрочную и долговременную. Но мозг — система энергоемкая и потому старающаяся оптимизировать расходование своих ресурсов, в том числе и на память. Поэтому природой создана многоступенчатая система. Рабочая память быстро формируется и столь же быстро разрушается — для этого есть специальный механизм. А вот по‑настоящему важные события записываются для долговременного хранения, важность же их подчеркивается эмоцией, отношением к информации. На уровне физиологии эмоция — это включение мощнейших биохимических модулирующих систем. Эти системы выбрасывают гормоны-медиаторы, которые изменяют биохимию памяти в нужную сторону. Среди них, например, разнообразные гормоны удовольствия, названия которых напоминают не столько о нейрофизиологии, сколько о криминальной хронике: это морфины, опиоиды, каннабиноиды — то есть вырабатываемые нашим организмом наркотические вещества. В частности, эндоканнабиноиды генерируются прямо в синапсах — контактах нервных клеток. Они воздействуют на эффективность этих контактов и, таким образом, «поощряют» запись той или иной информации в память. Другие вещества из числа гормонов-медиаторов способны, наоборот, подавить процесс перемещения данных из рабочей памяти в долговременную.

Механизмы эмоционального, то есть биохимического подкрепления памяти сейчас активно изучаются. Проблема лишь в том, что лабораторные исследования подобного рода можно вести только на животных, но много ли способна рассказать нам о своих эмоциях лабораторная крыса?

Если мы что-то сохранили в памяти, то порой приходит время эту информацию вспомнить, то есть извлечь из памяти. Но правильно ли это слово «извлечь»? Судя по всему, не очень. Похоже, что механизмы памяти не извлекают информацию, а заново генерируют ее. Информации нет в этих механизмах, как нет в «железе» радиоприемника голоса или музыки. Но с приемником все ясно — он обрабатывает и преобразует принимаемый на антенну электромагнитный сигнал. Что за «сигнал» обрабатывается при извлечении памяти, где и как хранятся эти данные, сказать пока весьма затруднительно. Однако уже сейчас известно, что при воспоминании память переписывается заново, модифицируется, или по крайней мере это происходит с некоторыми видами памяти.

Не электричество, но химия

В поисках ответа на вопрос, как можно модифицировать или даже стереть память, в последние годы были сделаны важные открытия, и появился целый ряд работ, посвященных «молекуле памяти».

На самом деле такую молекулу или по крайней мере некий материальный носитель мысли и памяти пытались выделить уже лет двести, но все без особого успеха. В конце концов нейрофизиологи пришли к выводу, что ничего специфического для памяти в мозге нет: есть 100 млрд нейронов, есть 10 квадрильонов связей между ними и где-то там, в этой космических масштабов сети единообразно закодированы и память, и мысли, и поведение. Предпринимались попытки заблокировать отдельные химические вещества в мозге, и это приводило к изменению в памяти, но также и к изменению всей работы организма. И лишь в 2006 году появились первые работы о биохимической системе, которая, похоже, очень специфична именно для памяти. Ее блокада не вызывала никаких изменений ни в поведении, ни в способности к обучению — только потерю части памяти. Например, памяти об обстановке, если блокатор был введен в гиппокамп. Или об эмоциональном шоке, если блокатор вводился в амигдалу. Обнаруженная биохимическая система представляет собой белок, фермент под названием протеинкиназа М-зета, который контролирует другие белки.

Одна из главных проблем нейрофизиологии — невозможность проводить опыты на людях. Однако даже у примитивных животных базовые механизмы памяти схожи с нашими.

Молекула работает в месте синаптического контакта — контакта между нейронами мозга. Тут надо сделать одно важное отступление и пояснить специфику этих самых контактов. Мозг часто уподобляют компьютеру, и потому многие думают, что связи между нейронами, которые и создают все то, что мы называем мышлением и памятью, имеют чисто электрическую природу. Но это не так. Язык синапсов — химия, здесь одни выделяемые молекулы, как ключ с замком, взаимодействуют с другими молекулами (рецепторами), и лишь потом начинаются электрические процессы. От того, сколько конкретных рецепторов будет доставлено по нервной клетке к месту контакта, зависит эффективность, большая пропускная способность синапса.

Белок с особыми свойствами

Протеинкиназа М-зета как раз контролирует доставку рецепторов по синапсу и таким образом увеличивает его эффективность. Когда эти молекулы включаются в работу одновременно в десятках тысяч синапсов, происходит перемаршрутизация сигналов, и общие свойства некой сети нейронов изменяются. Все это мало нам говорит о том, каким образом в этой перемаршрутизации закодированы изменения в памяти, но достоверно известно одно: если протеинкиназу М-зета заблокировать, память сотрется, ибо те химические связи, которые ее обеспечивают, работать не будут. У вновь открытой «молекулы» памяти есть ряд интереснейших особенностей.

Во-первых, она способна к самовоспроизводству. Если в результате обучения (то есть получения новой информации) в синапсе образовалась некая добавка в виде определенного количества протеинкиназы М-зета, то это количество может сохраняться там очень долгое время, несмотря на то что эта белковая молекула разлагается за три-четыре дня. Каким-то образом молекула мобилизует ресурсы клетки и обеспечивает синтез и доставку в место синаптического контакта новых молекул на замену выбывших.

Во-вторых, к интереснейшим особенностям протеинкиназы М-зета относится ее блокирование. Когда исследователям понадобилось получить вещество для экспериментов по блокированию «молекулы» памяти, они просто «прочитали» участок ее гена, в котором закодирован ее же собственный пептидный блокатор, и синтезировали его. Однако самой клеткой этот блокатор никогда не производится, и с какой целью эволюция оставила в геноме его код — неясно.

Третья важная особенность молекулы состоит в том, что и она сама, и ее блокатор имеют практически идентичный вид для всех живых существ с нервной системой. Это свидетельствует о том, что в лице протеинкиназы М-зета мы имеем дело с древнейшим адаптационным механизмом, на котором построена в том числе и человеческая память.

Конечно, протеинкиназа М-зета — не «молекула памяти» в том смысле, в котором ее надеялись найти ученые прошлого. Она не является материальным носителем запомненной информации, но, очевидно, выступает в качестве ключевого регулятора эффективности связей внутри мозга, инициирует возникновение новых конфигураций как результата обучения.

Внедриться в контакт

Сейчас эксперименты с блокатором протеинкиназы М-зета имеют в некотором смысле характер «стрельбы по площадям». Вещество вводится в определенные участки мозга подопытных животных с помощью очень тонкой иглы и выключает, таким образом, память сразу в больших функциональных блоках. Границы проникновения блокатора не всегда ясны, равно как и его концентрация в районе участка, выбранного в качестве цели. В итоге далеко не все эксперименты в этой области приносят однозначные результаты.

Подлинное понимание процессов, происходящих в памяти, может дать работа на уровне отдельных синапсов, но для этого необходима адресная доставка блокатора в контакт между нейронами. На сегодняшний день это невозможно, но, поскольку такая задача перед наукой стоит, рано или поздно инструменты для ее решения появятся. Особые надежды возлагаются на оптогенетику. Установлено, что клеткой, в которой методами генной инженерии встроена возможность синтеза светочувствительного белка, можно управлять с помощью лазерного луча. И если такие манипуляции на уровне живых организмов пока не производятся, нечто подобное уже делается на основе выращенных клеточных культур, и результаты весьма впечатляющи.

Память - это сложноустроенная сеть, которая тянется от органов чувств до самых сложных участков мозга. Она находит проявление во всем: от простых движений до тяжелых задач, и в конечном итоге делает нас теми, кто мы есть. В соответствии с тремя неврологическими процессами память может быть сенсорной, кратковременной или долговременной.

Функционируя автоматически, мозг создает сенсорные воспоминания бессознательно. Таким образом, сенсорная память - тип пассивного восприятия. Для ее работы не требуется внимание, а воспоминания хранятся в течение кратчайшего промежутка времени, возможно, секунды. Сенсорная память имеет разновидности в соответствии с основными чувствами человека. Иконическая (зрение), эхоическая (слух) и тактильная (осязание) наиболее тщательно исследованы.

Иконическая память включает в себя как задерживающую способность глаз, так и данные, которые фиксируются зрением, а после обрабатываются мозгом. Соответствующие воспоминания начинают формирование с фоторецепторов на сетчатке, которые передают информацию в ганглиозные клетки, затем в первичную зрительную кору в затылочной доле и, наконец, в височную верхнюю борозду.

Аналог эхоической памяти - накопительный резервуар, в котором сохранятся звуки таким образом, что их можно разобрать спустя некоторое время после воспроизведения. Одним из распространенных примеров работы эхоической памяти можно назваться ситуацию, когда человек переспрашивает у собеседника последний заданный вопрос и отвечает на него прежде, чем тот его повторяет. Деятельность этой разновидности памяти протекает в нескольких областях мозга, в том числе в первичной слуховой коре, в левых частях префронтальной, премоторной и теменной коры, в верхней височной и нижней височной извилине.

Тактильная память основывается на мимолетных ощущениях, таких как зуд и боль. Она распространяется, начиная с нервов, по всему организму: через спинной мозг к постцентральной извилине теменной доли. Ощущения, описывающие текстуру и плотность объектов, воспринимаются в теменной покрышке, а их расположение активизирует правую верхнюю теменную и височно-теменную доли.

Хотя сохранение воспоминаний в кратковременной памяти происходит в течение гораздо более длительного времени, чем в сенсорной, ее длительность составляет лишь 20-30 секунд. Так как по своей природе она опирается на менее сложные структуры (и, следовательно, гораздо меньшее количество нейронов), чем долговременная память, емкость кратковременной памяти ограничена; в зависимости от человека (и языка) ее вместительность составляет всего около 7 единиц информации. Хотя это кажется смехотворно малым количеством, попробуйте быстро посмотреть, а затем вспомнить случайный набор из 10 цифр или слов. Это магическое число 7 может быть увеличено несколькими способами, но все они связаны с процессом фрагментирования. Номер чьего-то мобильного телефона представляет собой набор из одиннадцати цифр, но его легко запомнить, потому что память воспринимает эту информацию «порциями». Префронтальная кора играет ключевую роль в работе кратковременной памяти. Здесь мозг обрабатывает как визуальную информацию, так и фонологическую. Примечательно, что кратковременная память, как полагают, в первую очередь является фонологической. Например, носители китайского языка, большинство слов в котором состоят из одного слога, могут помнить 10 цифр по сравнению с нашими семью. Кратковременные воспоминания легко забываются, когда нервные импульсы перестают нести актуальную информацию, переключаясь на другую.

Процесс образования долгосрочной памяти начинается с кратковременной, которая с рядом операций позволяет информации сохраниться. Когда кратковременные воспоминания перемещаются на длительное хранение, гиппокамп производит новые белки. Они изменяют выбранную группу нейронов, а те отправляют электрохимические сообщения, создавая нервные пути. Пациенты с болезнью Альцгеймера могут восстановить воспоминания из детства, но забывают актуальную информацию, потому что поврежденный гиппокамп больше не в состоянии производить новые белки, и, следовательно, новые воспоминания, но сильные нервные пути, проделанные в молодости, позволяют хранить старую информацию. Долговременные воспоминания сложнее забыть. Для этого они должны не использоваться в течение длительного времени, либо на них должны «налечь» новые.

На этом сайте есть огромное количество статей и интерактивных схем, выпускаемых под пристальным вниманием редакторов-ведущих мировых учёных в области нейронаук. А ещё там есть раздел «Спроси эксперта» , где специалисты отвечают на вопросы простых смертных. Мы выбрали три вопроса о работе памяти и перевели их для вас.

Существует ли фотографическая память?

Ларри Сквайр,

профессор психиатрии, нейробиологии и психологии в Калифорнийском университете Сан-Диего. Исследует организацию и неврологические основы памяти.

Говоря о фотографической памяти, обычно имеют в виду способность человека очень подробно запоминать визуальную информацию. Предполагается, что такие люди словно делают мысленные снимки так же, как фотоаппарат создаёт статичные изображения, а потом могут вспоминать их без ошибок. Однако фотографической памяти в этом смысле не существует.

Это легко продемонстрировать, попросив людей, которые считают, что обладают фотографической памятью, прочитать две-три строки текста, а затем воспроизвести текст по памяти в обратном порядке. Если бы память работала как фотография, у них бы это получилось, но в жизни такого не происходит.

Память больше похожа на кусочки головоломки , чем на фотографию. Чтобы вспомнить событие прошлого, мы собираем вместе самые запоминающиеся элементы и обычно забываем то, что творилось на фоне, цвет стен, картину на заднем плане, точные формулировки. Пропуская детали, мы формулируем основное содержание. Мы хорошо помним суть случившегося и плохо - частные элементы. Это выгодно, потому что содержание события важнее, чем детали.

Конечно, у разных людей способность к запоминанию отличается. То, насколько хорошо мы запоминаем вещи, зависит от того, насколько сильно мы обращали на них внимание. Кроме того, на способность запоминать влияет то, как мы воспроизводим материал в сознании и соотносим его с уже известным.

Некоторые люди с хорошей памятью используют специальные техники для её развития. Другие могут без усилий вспомнить большое количество автобиографической информации из разных сфер жизни. Исследователи узнают больше о памяти и её механизмах, изучая таких людей, а также тех, кто страдает нарушениями памяти из-за болезни или травм.

Как помочь ученикам лучше запоминать информацию?

Томас Кэрью,

профессор нейронаук в Нью-Йоркском университете. Изучает, как мозг получает информацию, где её хранит и как использует.

Всякий, кто когда-либо готовился к экзаменам, однажды задавал себе вопрос - как поместить в мозг побольше информации и подольше её сохранить? Вот два практических способа, основанных на экспериментальных данных.

Около 130 лет назад немецкий психолог Германн Эббингаус провёл значимую серию исследований по изучению памяти человека. Результаты показали, что отдых перед новым обращением к материалу даёт преимущества. Это наблюдение теперь известно как эффект интервального повторения.

С момента открытия Эббингауса сотни исследований подтвердили: занятия, которые разнесены во времени, приносят больше пользы в плане запоминаемости материала, чем то же количество занятий, следующих друг за другом впритык.

Мы всё ещё изучаем, как именно работает интервальный механизм. Чтобы сформировать долговременную память, синапсические связи укрепляются, а это требует производства клеточных белков. Есть основания предполагать, что разнесённое обучение улучшает производство этих белков.

Таким образом, для более успешных результатов требуется делать перерывы во время занятий и, когда это возможно, дробить уроки на части.

Кажется логичным, что всё главное, что связано с запоминанием материала, случается, когда мы учимся чему-то впервые, а последующие контрольные и тесты нужны только для измерения и оценки. Однако проверка знаний имеет бо льшее значение, чем кажется на первый взгляд.

Работы исследователей памяти выявили важность обучения с расширенным тестированием. Главный вывод заключается в том, что регулярная проверка может значительно улучшить способность вызывать материал в памяти. Интересно, что повторное изучение материала не принесло таких результатов. Это указывает на то, что при формировании долговременных воспоминаний восстановление информации в памяти может играть более значимую роль, чем запоминание.

Неврологическая основа этого явления неясна. Однако популярная гипотеза предполагает, что припоминание уже известного активизирует процесс укрепления нейронных связей.

Используйте больше викторин и тестов, как на уроках, так и в домашней работе, чтобы помочь ученикам вспоминать материал почаще.

Откуда берётся дежавю?

Говард Айхенбаум,

директор Центра памяти и мозга, Лаборатории когнитивной нейробиологии и Центра нейронауки в Бостонском университете.

Дежавю - это странное чувство, когда нам кажется, что с нами уже происходило то, что мы вообще-то совершенно точно переживаем в первый раз. Изучать дежавю в лабораторных условиях трудно, ведь явление это редкое и трудно воспроизводимое.

Тем не менее, есть нечто общее между дежавю и более распространенной ситуацией, при которой кто-то кажется знакомым, хотя вы не помните имени этого человека и обстоятельств знакомства. В отличие от дежавю, учёные могут воспроизвести такое ощущение узнавания в лаборатории. Один из способов сделать это - попросить участников исследования оценить лица и места, как виденные ранее, так и нет.

Такие исследования помогли учёным понять, что узнавание и воспоминание - это две разные формы памяти, которые работают вместе. Чувство смутного узнавания люди испытывают легко, а вот конкретное воспоминание, требующее установления ассоциаций и критического подхода, занимает больше времени. Например, если какой-то человек кажется вам знакомым, вы сможете разобраться, кто он такой, поговорив с ним и достроив картину.

Функциональные исследования с помощью МРТ показали, что в распознавании знакомых изображений участвуют перирхинальная кора и прилегающая область, называемая корой парафтопампала. Оба этих отдела отправляют информацию в гиппокамп, который также участвует в работе памяти. Полный опыт воспоминания может представлять собой объединение сходящихся сигналов от перирхинальной и парафтопампальной области.

Нейробиологи из Канады и США обнаружили, что в запоминании простых навыков участвуют не все нервные клетки, получающие необходимую для этого информацию, а лишь около четверти из них. То, какие именно нейроны примут участие в формировании долговременной памяти, зависит от концентрации регуляторного белка CREB в клеточном ядре. Если искусственно повысить концентрацию CREB в некоторых нейронах, запоминать будут именно они. Если заблокировать CREB в части нейронов, роль запоминающих возьмут на себя другие нервные клетки.

Одним из самых блестящих достижений нейробиологии XX века стала расшифровка молекулярных механизмов памяти. Нобелевский лауреат Эрик Кандел и его коллеги сумели показать, что для формирования самой настоящей памяти - как кратковременной, так и долговременной - достаточно всего трех нейронов, определенным образом соединенных между собой.

Память изучалась на примере формирования условного рефлекса у гигантского моллюска - морского зайца Aplysia. Моллюску осторожно трогали сифон, и тотчас вслед за этим сильно били по хвосту. После такой процедуры моллюск некоторое время реагирует на легкое прикосновение к сифону бурной защитной реакцией, но вскоре всё забывает (кратковременная память). Если «обучение» повторить несколько раз, формируется стойкий условный рефлекс (долговременная память).

Оказалось, что процесс обучения и запоминания не имеет ничего общего с какими-то высшими, идеальными или духовными материями, а полностью объясняется довольно простыми и совершенно автоматическими событиями на уровне отдельных нейронов. Весь процесс можно полностью воспроизвести на простейшей системе из трех изолированных нервных клеток. Один нейрон (сенсорный) получает сигнал от сифона (в данном случае - чувствует легкое прикосновение). Сенсорный нейрон передает импульс моторному нейрону, который, в свою очередь, заставляет сокращаться мышцы, участвующие в защитной реакции (Aplysia втягивает жабру и выбрасывает в воду порцию красных чернил). Информация об ударе по хвосту поступает от третьего нейрона, который в данном случае играет роль модулирующего. Нервный импульс от одного нейрона к другому передается посредством выброса сигнальных веществ (нейромедиаторов). Точки межнейронных контактов, в которых происходит выброс нейромидиатора, называются синапсами.

За эту картинку Эрику Канделу дали Нобелевскую премию. Здесь показано, как в простейшей системе из трех нейронов формируется кратковременная и долговременная память

На рисунке показаны два синапса. Первый служит для передачи импульса от сенсорного нейрона к моторному. Второй синапс передает импульс от модулирующего нейрона к окончанию сенсорного. Если в момент прикосновения к сифону модулирующий нейрон «молчит» (по хвосту не бьют), в синапсе 1 выбрасывается мало нейромедиатора, и моторный нейрон не возбуждается.

Однако удар по хвосту приводит к выбросу нейромедиатора в синапсе 2, что вызывает важные изменения в поведении синапса 1. В окончании сенсорного нейрона вырабатывается сигнальное вещество cAMP (циклический аденозинмонофосфат). Это вещество активизирует регуляторный белок - протеинкиназу А. Протеинкиназа А, в свою очередь, активизирует другие белки, что в конечном счете приводит к тому, что синапс 1 при возбуждении сенсорного нейрона (то есть в ответ на прикосновение к сифону) начинает выбрасывать больше нейромедиатора, и моторный нейрон возбуждается. Это и есть кратковременная память : пока в окончании сенсорного нейрона много активной протеинкиназы А, передача сигнала от сифона к мышцам жабры и чернильного мешка осуществляется более эффективно.

Если прикосновение к сифону сопровождалось ударом по хвосту много раз подряд, протеинкиназы А становится так много, что она проникает в ядро сенсорного нейрона. Это приводит к активизации другого регуляторного белка - транскрипционного фактора CREB. Белок CREB «включает» целый ряд генов, работа которых в конечном счете приводит к разрастанию синапса 1 (как показано на рисунке) или к тому, что у окончания сенсорного нейрона вырастают дополнительные отростки, которые образуют новые синаптические контакты с моторным нейроном. В обоих случаях эффект один: теперь даже слабого возбуждения сенсорного нейрона оказывается достаточно, чтобы возбудить моторный нейрон. Это и есть долговременная память . Остается добавить, что, как показали дальнейшие исследования, у высших животных и у нас с вами память основана на тех же принципах, что и у аплизии.

После этого необходимого вступления можно перейти к рассказу о том, что, собственно, открыли канадские и американские нейробиологи. Они исследовали формирование у лабораторных мышей условных рефлексов, связанных со страхом. Простейшие рефлексы такого рода формируются в латеральной амигдале (ЛА) - очень маленьком отделе мозга, отвечающем за реакции организма на всякие пугающие стимулы. Мышей приучали, что после того, как раздается определенный звук, их бьет током. В ответ на удар током мышь замирает: это стандартная реакция на испуг. Мыши - умные зверьки, их можно научить многому, и условные рефлексы у них формируются быстро. Обученные мыши замирают, едва заслышав звук, предвещающий опасность.

Ученые обнаружили, что сигнал от нейронов, воспринимающих звук, поступает примерно в 70% нейронов латеральной амигдалы. Однако изменения, связанные с формированием долговременной памяти (рост новых нервных окончаний и т. п.), у обученных мышей происходят лишь в четвертой части этих нейронов (примерно у 18% нейронов ЛА).

Ученые предположили, что между нейронами ЛА, потенциально способными принять участие в формировании долговременной памяти, происходит своеобразное соревнование за право отрастить новые синапсы, причем вероятность «успеха» того или иного нейрона зависит от концентрации белка CREB в его ядре. Чтобы проверить это предположение, мышам делались микроинъекции искусственных вирусов, не способных к размножению, но способных производить полноценный белок CREB либо его нефункциональный аналог CREB S133A . Гены обоих этих белков, вставленные в геном вируса, были «пришиты» к гену зеленого флуоресцирующего белка медузы. В итоге ядра тех нейронов ЛА, в которые попал вирус, начинали светиться зеленым.

Выяснилось, что в результате микроинъекции вирус проникает примерно в такое же количество нейронов ЛА, какое участвует в формировании условного рефлекса. Это случайное совпадение оказалось весьма удобным.

Помимо нормальных мышей, в опытах использовались мыши-мутанты, у которых не работает ген CREB. Такие мыши полностью лишены способности к обучению, они ничего не могут запомнить. Оказалось, что введение вируса, производящего CREB, в ЛА таких мышей полностью восстанавливает способность к формированию условного рефлекса. Но, может быть, увеличение концентрации CREB в некоторых нейронах ЛА просто усиливает реакцию «замирания»?

Чтобы проверить это, были поставлены опыты с более сложным обучением, в которых мышь должна была «осознать» связь между звуком и ударом тока не напрямую, а опосредованно, причем для этого требовалось запомнить определенный контекст, в котором происходило обучение. Для этого недостаточно работы одной лишь ЛА, а требуется еще и участие гиппокампа. В такой ситуации мыши-мутанты не смогли ничему научиться, ведь в гиппокамп им вирусов не вводили. Следовательно, концентрация CREB влияет именно на запоминание, а не на склонность к замиранию.

При помощи серии дополнительных экспериментов удалось доказать, что в запоминании у мышей-мутантов участвуют именно те нейроны ЛА, которые заразились вирусом. Введение вируса в ЛА здоровых мышей не повлияло на их обучаемость. Однако, как и в случае с мышами-мутантами, в запоминании участвовали именно те нейроны ЛА, в которые попал вирус.

Другой вирус, производящий CREB S133A , лишает зараженные нейроны способности запоминать, то есть отращивать новые окончания. Ученые предположили, что введение этого вируса в ЛА здоровых мышей не должно, тем не менее, снижать их обучаемость, поскольку вирус заражает лишь около 20% нейронов ЛА, и роль «запоминающих» возьмут на себя другие, незаразившиеся нейроны. Так и оказалось. Мыши обучались нормально, но среди нейронов, принявших участие в запоминании, практически не оказалось зараженных (то есть светящихся зеленым светом).

Ученые провели еще целый ряд сложных экспериментов, что позволило исключить все иные варианты объяснений, кроме одного - того самого, которое соответствовало их начальному предположению.

Таким образом, в запоминании участвуют не все нейроны, получающие необходимую для этого информацию (в данном случае - «сенсорную» информацию о звуке и «модулирующую» - об ударе током). Почетную роль запоминающих берет на себя лишь некоторая часть этих нейронов, а именно те, в ядрах которых оказалось больше белка CREB. Это, в общем, логично, поскольку высокая концентрация CREB в ядре как раз и делает такие нейроны наиболее «предрасположенными» к быстрому отращиванию новых окончаний.

Неясным остается механизм, посредством которого другие нейроны узнают, что дело уже сделано, победители названы и им самим уже не нужно ничего себе отращивать.

Этот механизм может быть довольно простым. Совершенно аналогичная система регуляции известна у нитчатых цианобактерий, нити которых состоят из двух типов клеток: обычных, занимающихся фотосинтезом, и специализированных «гетероцист», занимающихся фиксацией атмосферного азота. Система работает очень просто: когда сообществу недостает азота, фотосинтезирующие клетки начинают превращаться в гетероцисты. Процесс до определенного момента является обратимым. Клетки, зашедшие по этому пути достаточно далеко, начинают выделять сигнальное вещество, которое не дает превратиться в гетероцисты соседним клеткам. В результате получается нить с неким вполне определенным соотношением обычных клеток и гетероцист (например, 1:20), причем гетероцисты располагаются примерно на равном расстоянии друг от друга.

На мой взгляд, называть подобные регуляторные механизмы «конкуренцией», как это делают авторы статьи, не совсем правильно, акцент тут должен быть иной. Нейрон не получает никакой личной выгоды от того, что именно он примет участие в запоминании. По-моему, здесь уместнее говорить не о конкуренции, а о самой настоящей кооперации.

По материалам: Jin-Hee Han, Steven A. Kushner, Adelaide P. Yiu, Christy J. Cole, Anna Matynia, Robert A. Brown, Rachael L. Neve, John F. Guzowski, Alcino J. Silva, Sheena A. Josselyn. Neuronal Competition and Selection During Memory Formation 2007. V. 316. P. 457–460.

Вспомните:

Что называют сенсорной системой?

Ответ. Сенсорная система - часть нервной системы, ответственная за восприятие определённых сигналов (так называемых сенсорных стимулов) из окружающей или внутренней среды. Сенсорная система состоит из рецепторов, нейронных проводящих путей и отделов головного мозга, ответственных за обработку полученных сигналов. Наиболее известными сенсорными системами являются зрение, слух, осязание, вкус и обоняние. С помощью сенсорной системы можно почувствовать такие физические свойства, как температура, вкус, звук или давление.

Также сенсорными системами называют анализаторы. Понятие «анализатор» ввёл российский физиолог И. П. Павов. Анализаторы (сенсорные системы) - это совокупность образований, которые воспринимают, передают и анализируют информацию из окружающей и внутренней среды организма.

Вопросы после § 34

Какие структуры мозга отвечают за формирование памяти?

Ответ. За память отвечают следующие структуры мозга - гиппокамп и кора:

Кора головного мозга – отвечает за память о впечатлениях, воспринятых через органы чувств, и ассоциации между ощущениями;

Гиппокамп – связывает в единое целое факты, даты, имена, впечатления, имеющие эмоциональную значимость.

Кроме того:

Мозжечок – он участвует в формировании памяти при повторении и выработке условных рефлексов;

Полосатое тело – это совокупность структур в переднем мозге, участвует в формировании привычек.

Как работает «паутина памяти»?

Ответ. Существует переключение памяти, способное оживлять нужные воспоминания. При этом активизируются нервные узлы коры больших полушарий головного мозга и гиппокампа. Такие связи составляют «паутину памяти». Чем больше связей, тем больше «паутина».

Как связаны сенсорная, кратковременная и долговременная память?

Ответ. Основные процессы памяти: запоминание, сохранение и воспроизведение. Исходя из продолжительности этих процессов, различают три вида памяти. Сенсорная или мгновенная память содержит информацию, полученную от рецепторов. Она сохраняет следы воздействия на очень короткое время – от 0,1 секунды до нескольких секунд. Если поступившие сигналы не привлекают внимание высших отделов мозга, следы памяти стираются и рецепторы воспринимают новые сигналы. Если информация от рецепторов важна, она передается в кратковременную память. В ней храниться сведения, о которых человек думает на данный момент. Если информация не вводится повторно, она будет потеряна. Только воспоминания, которые закреплены повторением или связаны с другими воспоминаниями, поступают в долговременную память, где могут храниться часы, месяцы, годы.

Как развивается память?

Ответ. Непроизвольная память формируется без контроля сознания. Благодаря такой памяти приобретается большая часть жизненного опыта человека. Произвольная память включает сознание, требует волевых усилий, так как человек ставит перед собой цель запомнить необходимую информацию. Моторная или двигательная память – это запоминание и воспроизведение различных движений, основа двигательных навыков. Словесно-логическая память позволяет запомнить и воспроизвести мысли, выраженные словами и другими знаками. Благодаря этому виду памяти человек оперирует понятиями, понимает смысл усваиваемой информации..Образная память позволяет ему сохранить и воспроизвести зрительные, слуховые, обонятельные образы. Эмоциональная память – память чувств. Известно, что лучше запоминается то, что связано с положительными или отрицательными эмоциями. Все виды памяти тесно взаимосвязаны.