ТЕМА 2. МЕХАНИЗМЫ ПАМЯТИ

В 1890 г. русский психиатр С. С. Корсаков описал синдром болезни, который получил название синдрома Корсакова. Он заключался в том, что после травма­тических повреждений мозга, после ушибов, сотрясений исчезает память на не­давние события, в то время как память о давних событиях сохраняется. Это по­служило в дальнейшем основанием деления памяти на 2 вида: краткосрочную и долгосрочную. Огромное количество экспериментов, проводимых на разных жи­вотных с применением разных методов, свидетельствовало о правомерности тако­го деления и ставило вопрос о различии механизмов этих двух видов памяти. Так, у крыс вырабатывался условный рефлекс на свет, подкреплением служило элек­трокожное раздражение. Крысы обучались избегать раздражителя, убегая в дру­гой конец камеры. Животных делили на 9 групп. Одна группа после обучения не подвергалась действию электрического тока, который вызывает шок, остальные— подвергались. Промежуток времени между обучением и действием тока колебал­ся от 20 с до 14 ч. Затем вновь испытывали на сохранность выработанный услов­ный рефлекс. Выяснилось, что, чем больше был интервал, тем больше сохраня­лось рефлексов. В ряде опытов довольно было одного часа, чтобы рефлекс упро­чился и не исчез после шокового воздействия. О различии в механизмах замыка­ния и фиксации условной связи говорят и опыты с наркозом. Так, некоторые нар­котики не влияют на механизм замыкания условной связи, но резко ухудшается ее фиксация. Если наркоз (пентобарбитал) давали через 10—15 мин после вырабо­танной рефлекторной реакции, то после прекращения действия наркотического вещества рефлекс восстанавливался. При меньшем промежутке рефлекс полно­стью не удавалось воспроизвести. Следовательно, самые различные воздействия, которые вмешиваются в деятельность мозговых структур, могут привести к раз­рушению неукрепившейся условной связи. Для закрепления связей благоприятны условия, при которых ограничивается поток внешних раздражений. Опыты под­твердили это предположение. У хомячков вырабатывали навык прохождения че­рез лабиринт, а затем их охлаждали, вызывая состояние зимней спячки. После пробуждения животные сразу вспоминали структуру лабиринта.

В 1933 г. Р. Лоренте де Но показал, что возбуждение может циркулировать в замкнутых нейронных кругах, в так называемых ловушках возбуждения. Это яв­ление было названо реверберацией возбуждения. Предположили, что при дейст­вии двух раздражителей создается ансамбль из клеток, образующих замкнутый круг и передающих возбуждение друг другу. Это сохраняет длительное время ак­тивность определенной группы клеток, которые при действии однотипных раз­дражителей отвечают однотипной реакцией. Исследования, проводившиеся в этом направлении, позволили говорить о том, что реверберация возбуждения в замкнутых нейронных кругах может лежать в основе механизма краткосрочной памяти. Все, что нарушает движение импульсов по нейронным структурам мозга, будет нарушать и формирование условной связи. Шок, наркоз, прекращая движе­ние возбуждения по замкнутому кругу, тем самым разрушают и временную связь. Опыты с определением возбудимости, характера фоновой и вызванной активно­сти показывают, что в период шока и действия наркоза отмечается повышенная возбудимость в определенных структурах мозга. Однако если краткосрочная память, т. е. механизм замыкания условных связей, может быть удовлетворительно объяснена реверберацией возбуждения в замкнутых нейронных кругах, то долго­срочная память не получает с этих позиций убедительного объяснения. Так не­объяснимо с этой точки зрения восстановление рефлекса после действия наркоти­ков, шока, если эти воздействия наносились не сразу после образования условной связи. Кроме того, трудно представить себе, чтобы возбуждение в ЦНС циркули­ровало по огромному количеству нейронных кругов, соответствующих всем вы­работанным в течение жизни связям.

Ряд исследователей развивает гипотезу о роли синапсов в укреплении вре­менной связи, а значит, и в сохранении памяти (Ю. Конорский, Дж. Экклс, С. А. Саркисов, А. И. Ройтбак и др.),

Согласно этой гипотезе при частом совпадении условного и безусловного раздражителей в нейронах, на которых конвергируют эти раздражители, происхо­дит изменение обмена веществ, ведущее к структурным изменениям, что влияет на эффективность синапса.

При выработке условного рефлекса морфологические изменения синапса вы­ражаются в росте структур, в пассивной деформации (набухании), в изменении проницаемости мембран, в изменении образования и транспорта медиаторов. Большим числом исследований было выявлено, что вместе с выработкой услов­ных рефлексов растет число шипиков на дендритах и количество синапсов. Ряд исследований показал, что вместе с обучением животных растет содержание в нервной ткани ацетилхолина и ацетилхолинэстеразы.

Изучением ультрамикроскопической организации пресинаптических оконча­ний установлено, что с усилением притока импульсов к синапсу увеличивается количество везикул, а отсутствие упражнения, например у слепых, ведет к уменьшению величины везикул с медиатором.

Повышение возбудимости, наблюдаемое в фазу образования условного реф­лекса, связывают с изменением содержания в пресинаптической области ацетил­холина. Однако повышенная возбудимость была кратковременна и отмечалась только в фазу выработки условного рефлекса. В то же время повышенный синтез медиатора сохранялся длительное время. Поэтому считают, что он лежит в основе долгосрочной памяти.

Внимание исследователей было обращено на изменение в процессе выработ­ки и закрепления условного рефлекса содержания РНК и ДНК. Первые исследо­вания в этом направлении и соответствующие выводы были сделаны шведским исследователем X. Хиденом, который в 1962 г. провел следующий эксперимент. Крысята, для того чтобы добраться до платформы с пищей, должны были пройти, балансируя по проволоке. Они могли утолить голод, только выполнив эту задачу. Для этого требовалось несколько дней тренировки с сеансами по 45 мин. Других крыс подвергали пассивной тренировке вращением, часть крыс не подвергалась никаким воздействиям. После выработки навыка в ядрах вестибулярного анализа­тора всех крыс определяли количество РНК. Оказалось, что наибольшее количе­ство РНК содержится у крыс после активной тренировки, наименьшее—у крыс, не подвергавшихся никаким воздействиям.

Серия опытов была проведена по изучению влияния РНК на скорость обра­зования рефлексов и на память. Было отмечено, что у крыс после введения РНК быстрее образуются условные связи, быстрее вырабатывается двигательный на­вык. Введение РНК людям пожилого возраста улучшает их память, после пре­кращения введения РНК память вновь ухудшается. Введение в организм рибонуклеазы — фермента, разрушающего РНК, дает противоположный эффект: оно вызывает исчезновение на несколько дней выработанных условных рефлек­сов. Если одновременно вводить вещества, блокирующие синтез РНК (антибио­тик актиномицин), то восстановление рефлексов задерживается.

О роли РНК и ДНК в образовании условнорефлекторных связей свидетельст­вовали опыты Мак-Коннеля, производимые на плоских червях — планариях, ко­торые способны к регенерации удаленных частей тела. У них можно выработать условный рефлекс при сочетании, например, света с электрическим раздражением тела. Планарию помещали в аквариум, через воду которого пропускали электри­ческий ток. Перед пропусканием тока зажигали лампочку. Через несколько десят­ков сочетаний планария при зажигании света производила судорожные движения и скручивалась. После выработки условных рефлексов Мак-Коннел разрезал ее. Когда происходило полное восстановление разрезанных планарий до двух особей, проверяли действие условных раздражителей. Оказалось, что у таких планарий гораздо быстрее вырабатывается условный рефлекс при действии тех же раздра­жителей. Следовательно, при выработке условного рефлекса все ткани планарий получают диффузную тканевую специфичность к этим раздражениям. Следую­щая серия экспериментов заключалась в том, что планарию с выработанными ус­ловными рефлексами перетирали и суспензией из этой массы кормили другую планарию, которая после этого оказалась способной более быстро вырабатывать условные рефлексы. Значит, способность к выработке условнорефлекторных ре­акций локализуется у планарий во всем теле и может быть передана другой особи. Было сделано предположение о роли РНК в передаче этой способности. Чтобы проверить это предположение, блокировали РНК рибонуклеазой в период регене­рации планарий. В этом случае не замечалось более быстрого образования услов­ных рефлексов.

Таким образом, было показано, что РНК имеет отношение к скорости выра­ботки условных рефлексов и к фиксации следов опыта. Но получаемый эффект мог быть результатом как специфического, так и неспецифического действия РНК на обмен веществ, изменения которого можно вызвать и другими соединениями. Так, ускорение выработки условной связи можно получить не только путем скармливания «обученных планарий», но и тех планарий, которые получали толь­ко световое или только звуковое раздражение. Поэтому был сделан вывод о не­специфическом влиянии РНК, выражающемся в ускорении обмена веществ.

Вместе с тем имеется целый ряд фактов, говорящих о необходимости для со­хранения следов памяти постоянного синтеза белка. Так, путем блокады синтеза белков можно вызвать потерю памяти. Для этого в различные отделы мозга вво­дился ингибитор синтеза белка — пуромицин. Исследования показали, что введе­ние пуромицина в область гиппокампа спустя 1 сутки после выработки навыка вызывает полную потерю памяти. Проявилась четкая связь между интенсивно­стью подавления белкового синтеза и сохранением долговременной памяти: чем больше подавлялся белковой синтез тем более нарушенной была память.

В последние годы появилось много научных данных, свидетельствующих о роли пептидов в механизмах памяти, в поведенческих и эмоциональных реакциях. Были обнаружены особые опиатные рецепторы, которые избирательно реагиру­ют на различные пептиды. Различают энкефадины — пептиды, состоящие из ма­лого числа аминокислот, и эндорфины — пептиды с большой длиной цепи. И энкефалины, и эндорфины являются мощными стимуляторами запоминания, сни­мают потерю памяти 'и выполняют антистрессорную функцию.

Экспериментально выяснено, что в установлении временной связи имеет значение изменение четвертичной структуры ДНК, а именно ее связи с гистонами.

Все эти данные позволяют представить ту цепь событий, которая приводит к сохранению условной связи, а значит, к формированию краткосрочной и долго­срочной памяти.

При действии раздражителей изменяется проницаемость клеточных мембран, степень их поляризации, что является основой реверберации возбуждения в замк­нутых нейронных кругах. Длительное состояние измененной поляризации кле­точной мембраны, а значит, и ее проницаемости приводит к изменению в четвер­тичной структуре ДНК. Ослабляется ее связь с гистонами, в результате чего пере­стают репрессироваться те или иные участки ДНК, на которых начинают синте­зироваться РНК. Усиленный синтез РНК приводит к усиленному синтезу белка. В зависимости от того, какие участки ДНК оказались свободными, будут синтези­роваться разные РНК, а значит, и разный белок. Одни гены обусловливают синтез белков, обеспечивающих зрительную функцию, а другие — слуховую и т. д.

Синтез белка способствует образованию ферментов, медиаторов, структур­ных компонентов синапсов.

Включение синтезированного белка в синаптические структуры улучшает функциональные контакты между нейронами. Улучшение функциональных кон­тактов в результате изменений в синапсах и мембранах облегчает активацию ДНК при последующей стимуляции и создает условия для дальнейших процессов роста и образования новых контактов. Таким образом, активация ДНК способствует ус­тановлению новых связей, а новые связи способствуют активации ДНК. Молеку­лы ДНК являются носителями потенциального кода памяти, а синаптические со­единения и связи — носителями реализованного кода памяти. ДНК содержит все необходимое для научения, но в потенциальной форме, а под влиянием различ­ных факторов внешней и внутренней среды происходит проявление этих потен­циальных возможностей. С возрастом ДНК становится менее восприимчивой к активации, белковый синтез менее эффективен и перенос белка к синапсам осу­ществляется не так быстро. Это сопровождается ухудшением памяти. В синапсах не происходит никаких изменений, которые бы облегчали активацию ДНК, а по­тому не сохраняется след памяти. К этому прибавляется уменьшение числа у ней­ронов и ухудшение связей между ними.

Таким образом, нельзя говорить о раздельных механизмах краткосрочной и долгосрочной памяти. Механизм краткосрочной памяти является частью меха­низма долгосрочной памяти, так как фиксация, связей включает в себя изменение поляризации возбудимых мембран, изменение их возбудимости, реверберацию импульсов по замкнутым нейронным кругам, изменения химического порядка, связанные с усиленным синтезом различного типа белков, структурную пере­стройку синаптического аппарата.

Первый этап непродолжителен. По мере выработки условного рефлекса ис­чезают изменения фоновой активности различных участков головного мозга, на­блюдаемые в момент его выработки. Второй этап более длителен: навык теряется, если РНК повреждается, даже через несколько дней после выработки рефлекса. Третий этап особенно длителен. Он связан уже со структурными перестройками синаптических образований.