МАТЕРІАЛЬНА ОСНОВА ПАМ'ЯТІ

Одна з найголовніших загадок нейрофізіології - це питання, що відбувається при навчанні. Ми всі знаємо, що кожна тварина і людина може навчитися чомусь. І якісь матеріальні сліди цього повинні залишитися в нашому мозку. Психологи, на жаль, описують ці процеси дещо інакше, ніж фізіологи, і намагаються описати розум як якусь самостійну сутність. Фізіологи ж, розкривши мозок, знаходяться в положенні тих фізиків, які відкривають радіоприймач, бачать всі деталі, можуть зареєструвати звук, але власне музику вони там не побачать ніколи, тому що її там немає. Так і наш мозок відтворює думка, але в самому мозку її немає.

1. Породження думки

Проте, на відміну від радіоприймача, в нашому мозку абсолютно точно є якісь сліди, які залишаються. Наприклад, якщо ми чули якусь мелодію коли-небудь раніше, то у нас є пам'ять про цю музику. І якщо ми почуємо перші кілька тактів з неї, а потім музика припиниться, ми обов'язково у себе в мозку відтворимо наступні кілька тактів. Тобто десь в мозку у нас є матеріальні сліди того, що ми чули, того, що з нами відбувалося. І ці сліди шукають вчені вже тисячі років. Найпершою теорією пам'яті, яка виникла три тисячі років тому, було подання про мозок як наборі глиняних табличок, на яких записували щось, потім їх складали, а в міру потреби виймали. Але насправді ніяких матеріальних слідів виявити вченим майже не вдається. Більше того, є кілька гіпотез, які говорять про те, що кожен раз пам'ять породжується. Щоразу, почувши знайому музику, ми не просто відтворюємо її з пам'яті, але ми її породжуємо.

2. Залежність пам'яті від білків

Наша пам'ять заснована на якихось дуже складних процесах, зрозуміти матеріальні основи якої - одне із завдань сучасної нейрофізіології. І підходи до неї надзвичайно непрості. До 2006 року серед учених існував якийсь песимізм, пов'язаний з тим, що абсолютно точно було встановлено, що наша пам'ять залежить від білків. Це було показано практично на всіх тварин шляхом блокади синтезу білка - при цьому короткочасна пам'ять утворюється, а довгострокова не утворюється. Якщо ми навчимо чогось тварина або людини і заблокуємо синтез білків на дві-три години, то після закінчення цього терміну виявиться, що він нічого не пам'ятає. Тобто нові білки повинні синтезуватися, для того щоб у нас сформувалася і збереглася якась пам'ять. Але проблема в тому, що час життя білків - дні, в крайньому випадку тижні, і тільки деякі білки живуть трохи довше. 98% всіх білків за 3-4 дні розкладаються і заміщаються новими. Їх синтез йде постійно. Тобто якщо десь пам'ять закодована якимись молекулами, то всі вони розпадаються через кілька днів. А як ми знаємо, наша пам'ять зберігається роками і десятиліттями.

3. Пошук специфічних для пам'яті молекул

Пошук цих основ вівся по всіх біохімічним і молекулярним системам з метою знайти якісь молекули, які специфічні саме для пам'яті. І спочатку було показано, що абсолютно всі системи необхідні для пам'яті. Тому що якщо ми порушимо систему, контролюючу мембрану нервової клітини, то вона зруйнується - пам'ять зникає. Тобто виявилося, що майже будь-яка біохімічна система клітини необхідна і для формування пам'яті, і в той же час для багатьох інших функцій.

Класичний огляд Davis, HP, andSquire, LR (1984) .Proteinsynthesisandmemory: areview. Psychol.Bull. 96, 518-559.doi: 10.1037 / 0033-2909.96.3.518

4. Молекула пам'яті

Ніякої специфіки в молекулах начебто знайти не вдавалося. Але в 2006 році відразу з'явилося кілька статей про молекулу, яку можна було в якомусь наближенні назвати молекулою пам'яті. Виявилося, що це білкова молекула, яка в нервовій системі знаходиться в самому критичному місці - в контакті між нервовими клітинами (його називають «синаптичний контакт»). Вся справа - у зв'язках. Нервові клітини отримують і передають інформацію, і сама передача відбувається електричним шляхом всередині нервової клітини, а сусідам - ​​за допомогою хімічної передачі. У місці контакту, де електрична енергія перетворюється на хімічну, відбувається передача інформації по нервовій мережі, і ефективність цієї передачі дуже важлива. Фактично ефективність зв'язків між клітинами нейронної мережі визначається ефективністю синаптичного зв'язку.

Виявилося, що в процесі регуляції ефективності синапсів задіяна ціла молекулярна система, в критичному місці якої стоїть регулююча молекула (кандидат на молекулу пам'яті), яка контролює транспорт рецепторів у синаптичну область. Іншими словами, ця молекула контролює інші білки. Але якщо всю цю систему просто знищити, як-то специфічно заблокувати, то нічого не станеться - в життєдіяльності тварини, на якій проводиться експеримент, нічого не зміниться, крім випадання елементів пам'яті. Тварина при цьому нормально харчується, рухається і навіть здатна до навчання. Тобто ні в чому іншому, крім зберігання довготривалої пам'яті, ця система не бере. Ця система не дуже-то й важлива доти, поки не настає час формування довготривалої пам'яті (у формуванні короткочасної пам'яті вона не бере).

При дослідженні молекулярних механізмів роботи цієї білкової системи раптом виявилося, що саме ці молекули здатні до самовідтворення. Тобто якщо ці молекули в якійсь кількості з'явилися в якомусь конкретному місці нервової системи, то ця збільшена їх кількість саме в цьому місці і зберігається. Ці молекули мають здатність самовідтворювати цю збільшену кількість. У якомусь сенсі цей процес і є підтримкою пам'яті. На сьогоднішній день навіть зрозумілий механізм, як можна створити штучний аналог такої молекулярної системи.

5. Проблема дослідження молекулярних механізмів пам'яті

В даний час ми можемо описати молекулярні механізми формування та зберігання окремих видів пам'яті, і, можливо, за допомогою цього знання ми зможемо контролювати ці процеси, зможемо поліпшити або погіршити пам'ять. Проблема на сьогоднішній день в тому, що у звичайної хребетної тварини близько десяти мільярдів нейронів (у людини до ста мільярдів), а кожен нейрон утворює ще додатково десять тисяч зв'язків з сусідами. При навчанні в пам'яті, можливо, змінюється кілька тисяч зв'язків з цих трильйонів. Побачити або направлено змінити тільки потрібний синаптичний зв'язок на сьогоднішній день неможливо, оскільки поки таких підходів і технологій не існує, хоча природа з цим справляється. Можливо, нові підходи в цій області з'являться не в області електрофізіології, не в класичної нейрофізіології, а в нейрогенетиці.

У ході досліджень молекулярних механізмів пам'яті виявилося, що в процесі пам'яті бере участь не одна молекула, а ціле сімейство гомологічних молекул. І вони беруть участь у різних формах пам'яті і з залученням різних медіаторів. Але суть залишається та ж: є білкові молекули, збільшення кількості яких в абсолютно певної частини нервової системи викликає надовго зміну ефективності роботи цієї частини системи, тобто якусь пам'ять. І ця молекулярна система має власний, в якомусь сенсі необмежений у часі механізм самовідтворення і самопідтримки. І в той же час при деяких впливах цю систему можна змінити. Зараз це сфера максимально інтенсивних досліджень в галузі нейрофізіології.