Нейробиологические механизмы памяти
11.06.2001. "Эксперт" №22 (282) Источник www.galactic.org.ua
Ðейробиологи, иÑÑледующие механизмы Ñ„ÑƒÐ½ÐºÑ†Ð¸Ð¾Ð½Ð¸Ñ€Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð¿Ð°Ð¼Ñти на молекулÑрном уровне, чаÑто называют мозг "розовым Ñщиком" (по аналогии Ñ "черным Ñщиком" - понÑтием, иÑпользуемым в кибернетике при изучении объекта Ñ Ð½ÐµÐ¸Ð·Ð²ÐµÑтной внутренней Ñтруктурой), Ð¿Ñ€Ð¸Ð·Ð½Ð°Ð²Ð°Ñ Ñ‚ÐµÐ¼ Ñамым, что работа Ñтого важнейшего органа продолжает в значительной Ñтепени оÑтаватьÑÑ Ð´Ð»Ñ Ð½Ð¸Ñ… загадкой. Ðа борьбу Ñ Ñ‚Ð°Ð¹Ð½Ð°Ð¼Ð¸ мозга брошены огромные интеллектуальные и финанÑовые реÑурÑÑ‹. Ðапример, ÐмериканÑкое общеÑтво нейробиологов ÑвлÑетÑÑ ÑÐµÐ³Ð¾Ð´Ð½Ñ Ñамым крупным по чиÑленноÑти научным общеÑтвом в мире: его Ñъезды Ñобирают до 15 Ñ‚Ñ‹Ñ. ученых мужей. Серьезную моральную поддержку иÑÑледователÑм оказало в конце ушедшего века и правительÑтво Соединенных Штатов, официально провозглаÑившее 90-е годы "деÑÑтилетием мозга". Ð¡ÐµÐ³Ð¾Ð´Ð½Ñ ÑƒÐ¶Ðµ можно подвеÑти предварительные итоги Ñтого беÑпрецедентного в иÑтории науки "мозгового штурма".
Публикации об уÑпехах нейрофизиологов и биохимиков в познании деÑтельноÑти мозга и механизмов памÑти в поÑледние годы Ñ Ð·Ð°Ð²Ð¸Ð´Ð½Ð¾Ð¹ периодичноÑтью украшают научно-популÑрные рубрики мировых СМИ. "Мозговое деÑÑтилетие" 90-Ñ… завершилоÑÑŒ на мажорной ноте - за иÑÑÐ»ÐµÐ´Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð¼ÐµÑ…Ð°Ð½Ð¸Ð·Ð¼Ð¾Ð² медленной ÑинаптичеÑкой передачи нервных импульÑов от нейрона к нейрону ÐобелевÑÐºÐ°Ñ Ð¿Ñ€ÐµÐ¼Ð¸Ñ 2000 года по физиологии и медицине была приÑуждена американцам Полу Грингарду и Ðрику Кенделу и шведу Ðрвиду КарлÑÑону (Ñм.заметку выше). Им удалоÑÑŒ окончательно подтвердить, что памÑÑ‚ÑŒ большинÑтва живых ÑущеÑтв работает Ð±Ð»Ð°Ð³Ð¾Ð´Ð°Ñ€Ñ Ð´ÐµÐ¹Ñтвию так называемых нейротранÑмиттеров, оÑобых вещеÑтв, изменение концентрации которых в меÑтах ÑÐ¾ÐµÐ´Ð¸Ð½ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð½ÐµÐ¹Ñ€Ð¾Ð½Ð¾Ð² друг Ñ Ð´Ñ€ÑƒÐ³Ð¾Ð¼ приводит к образованию неÑущего информацию импульÑа. Ð’ отличие от наÑтупающих за миллиÑекунды Ñффектов клаÑÑичеÑких нейромедиаторов дейÑтвие иÑÑледовавшихÑÑ ÑƒÑ‡ÐµÐ½Ñ‹Ð¼Ð¸ дофамина, норадреналина и Ñеротонина развиваетÑÑ Ð·Ð° Ñотни миллиÑекунд, Ñекунды и даже чаÑÑ‹. Именно Ñтим и обуÑловлено длительное, модулирующее влиÑние Ñтих нейротранÑмиттеров на функции нервных клеток (данные вещеÑтва чаÑто вовлечены не в передачу быÑтрых Ñигналов Ð´Ð»Ñ Ð´Ð²Ð¸Ð¶ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¸Ð»Ð¸ речи, а в "оркеÑтровку" Ñложных ÑоÑтоÑний нервной ÑиÑтемы - воÑпоминаний, Ñмоций, наÑтроений).
Следует также упомÑнуть о новом клаÑÑе вещеÑтв, Ñинтезированных в первой половине 90-Ñ… годов калифорнийцами Гарри Линчем и Гарри РоджерÑом: Ñти вещеÑтва, названные авторами ампакинами, облегчают образование вÑе тех же ÑинаптичеÑких ÑвÑзей, Ñ Ð¿Ð¾Ð¼Ð¾Ñ‰ÑŒÑŽ которых проиÑходит передача нервных импульÑов между нейронами. Ðа их оÑнове ÐºÐ¾Ð¼Ð¿Ð°Ð½Ð¸Ñ Cortex Pharmaceuticals еще в 1994 году Ñоздала лекарÑтво ампалекÑ, предназначенное Ð´Ð»Ñ Ð±Ð¾Ñ€ÑŒÐ±Ñ‹ Ñ Ð±Ð¾Ð»ÐµÐ·Ð½ÑŒÑŽ Ðльцгеймера, одним из оÑновных Ñимптомов которой ÑвлÑетÑÑ Ð¿Ñ€Ð¾Ð³Ñ€ÐµÑÑÐ¸Ñ€ÑƒÑŽÑ‰Ð°Ñ Ð¿Ð¾Ñ‚ÐµÑ€Ñ Ð¿Ð°Ð¼Ñти. Предварительные иÑÐ¿Ñ‹Ñ‚Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð² Европе показали, что две трети принимавших новое лекарÑтво пожилых людей при прохождении теÑтов, проверÑющих работу памÑти, увеличили Ñвои показатели в четыре раза - до уровнÑ, ÑоответÑтвующего характериÑтикам ÑреднеÑтатиÑтичеÑкого гражданина тридцати пÑти лет от роду. Ð’ наÑтоÑщее Ð²Ñ€ÐµÐ¼Ñ Ð¸ÑÐ¿Ñ‹Ñ‚Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð´ÐµÐ¹ÑÑ‚Ð²Ð¸Ñ Ð°Ð¼Ð¿Ð°Ð»ÐµÐºÑа проводÑÑ‚ÑÑ Ð¸ в СШÐ.
2000 год Ð¿Ñ€Ð¸Ð½ÐµÑ ÐµÑ‰Ðµ один многообещающий результат: двум биохимикам из Ðью-Йорка, Джерри Йину и Тиму Талли, удалоÑÑŒ уÑтановить, что белок под названием CREB ответÑтвенен за образование долговременной памÑти у дрозофил (поÑкольку нервные клетки человека и дрозофилы принципиально не отличаютÑÑ, CREB может играть ключевую роль в процеÑÑе Ð·Ð°Ð¿Ð¾Ð¼Ð¸Ð½Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð½Ðµ только в мушином, но и в человечеÑком мозге). Дрозофил обучали, Ð¾Ð±Ð´ÑƒÐ²Ð°Ñ Ð¸Ñ… Ñтруйками воздуха Ñ Ñ€Ð°Ð·Ð»Ð¸Ñ‡Ð½Ñ‹Ð¼Ð¸ ароматами, причем подача одного из запахов ÑопровождалаÑÑŒ ударом ÑлектричеÑкого тока. ОказалоÑÑŒ, что мухи Ñ Ð½Ð¾Ñ€Ð¼Ð°Ð»ÑŒÐ½Ñ‹Ð¼ Ñодержанием CREB обучаютÑÑ Ð¸Ð·Ð±ÐµÐ³Ð°Ñ‚ÑŒ опаÑного запаха за деÑÑток ударов, Ñ Ð½Ð¸Ð·ÐºÐ¸Ð¼ Ñодержанием - вообще не могут выработать такого навыка, а Ñ Ð¿Ð¾Ð²Ñ‹ÑˆÐµÐ½Ð½Ñ‹Ð¼ Ñодержанием - уже поÑле первого удара запоминают опаÑный запах навÑегда. ÐмериканÑкие биохимики обнаружили, что CREB запуÑкает процеÑÑ Ð²Ñ‹Ñ€Ð°Ð±Ð¾Ñ‚ÐºÐ¸ нейронами белков, уÑиливающих ÑинаптичеÑкие ÑвÑзи. СоответÑтвенно, возникает возможноÑÑ‚ÑŒ ÑÐ¾Ð·Ð´Ð°Ð½Ð¸Ñ Ñффективного лекарÑтва Ð´Ð»Ñ Ð»ÐµÑ‡ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð½Ð°Ñ€ÑƒÑˆÐµÐ½Ð¸Ð¹ памÑти. Воодушевленные Ñтой благородной целью, Йин и Талли тут же в Ñкладчину оÑновали компанию Helicon Therapeutics.
И наконец, в Ñередине Ð¼Ð°Ñ 2001 года поÑвилаÑÑŒ Ð¸Ð½Ñ„Ð¾Ñ€Ð¼Ð°Ñ†Ð¸Ñ Ð¾Ð± очередном перÑпективном открытии, Ñделанном группой ученых под руководÑтвом ÐлÑино Силвы и Пола ФрÑнкланда в ИнÑтитуте иÑÑÐ»ÐµÐ´Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð¼Ð¾Ð·Ð³Ð° КалифорнийÑкого универÑитета (UCLA). По Ñловам г-на ФрÑнкланда, в результате ÑкÑпериментов над лабораторными мышами (более близкими, чем муха-дрозофила, "родÑтвенниками" человека) удалоÑÑŒ обнаружить еще один белок Ñ Ñ‚Ñ€ÑƒÐ´Ð½Ð¾Ð¿Ñ€Ð¾Ð¸Ð·Ð½Ð¾Ñимым названием альфа-CaMKII, неÑущий ответÑтвенноÑÑ‚ÑŒ за преобразование кратковременной памÑти в долговременную в коре головного мозга.
Любопытно, что неÑколькими меÑÑцами ранее д-Ñ€ Силва уÑтановил, что в образовании долговременной памÑти у мышей важную роль играет и упоминавшийÑÑ Ð²Ñ‹ÑˆÐµ белок CREB.
ÐŸÑ€Ð¸Ð½Ð¸Ð¼Ð°Ñ Ð²Ð¾ внимание Ñтоль бурную новейшую иÑторию Ñтой отраÑли нейробиологичеÑких иÑÑледований, а также объÑвленные вÑе тем же доктором Силвой планы перейти в дальнейшем к изучению "прочих белков, вовлеченных в процеÑÑ Ñ…Ñ€Ð°Ð½ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¸Ð½Ñ„Ð¾Ñ€Ð¼Ð°Ñ†Ð¸Ð¸ в памÑти", Ñ Ð´Ð¾Ñтаточно выÑокой Ñтепенью вероÑтноÑти можно предположить, что в Ñкором времени будет обнаружена еще как минимум пара-тройка жизненно важных Ð´Ð»Ñ Ð¿Ð°Ð¼Ñти белков. И Ñто, в Ñвою очередь, неизбежно повлечет за Ñобой Ñоздание их авторами примерно такого же количеÑтва новых венчурных компаний.
ПоÑтулат о том, что выÑшие мыÑлительные функции человека (Ð²ÐºÐ»ÑŽÑ‡Ð°Ñ Ð¿Ð°Ð¼ÑÑ‚ÑŒ) оÑущеÑтвлÑÑŽÑ‚ÑÑ Ð² коре головного мозга, Ñравнительно небольшом образовании толщиной около трети Ñантиметра, ÑÐµÐ³Ð¾Ð´Ð½Ñ ÑчитаетÑÑ Ð±Ð¾Ð»ÐµÐµ чем очевидным. Пожалуй, Ñамое убедительное ÑвидетельÑтво его ÑправедливоÑти - опыты канадÑкого нейрофизиолога и нейрохирурга Уайлдера Пенфилда, проведенные в 50-Ñ… годах в Монреале. Ð’ ходе иÑÑледований по выÑвлению очага ÑпилепÑии он обнажал поверхноÑÑ‚ÑŒ мозга больных (иначе говорÑ, трепанировал их черепа) и раздражал определенные учаÑтки коры Ð¿Ð¾Ð»ÑƒÑˆÐ°Ñ€Ð¸Ñ Ð¼Ð¾Ð·Ð³Ð° пациента Ñ Ð¿Ð¾Ð¼Ð¾Ñ‰ÑŒÑŽ Ñлектродов. Больные при Ñтом находилиÑÑŒ в Ñознании, под меÑтным наркозом, и могли опиÑывать Ñвои ощущениÑ. Как оказалоÑÑŒ, при раздражении тех или иных учаÑтков коры пациенты переживали Ñркие воÑÐ¿Ð¾Ð¼Ð¸Ð½Ð°Ð½Ð¸Ñ Ñ€Ð°Ð·Ð»Ð¸Ñ‡Ð½Ñ‹Ñ… моментов Ñвоего прошлого.
ЧеловечеÑÐºÐ°Ñ Ð¿Ð°Ð¼ÑÑ‚ÑŒ бывает двух видов - ÐºÑ€Ð°Ñ‚ÐºÐ¾Ð²Ñ€ÐµÐ¼ÐµÐ½Ð½Ð°Ñ Ð¸ долговременнаÑ. ÐšÑ€Ð°Ñ‚ÐºÐ¾Ð²Ñ€ÐµÐ¼ÐµÐ½Ð½Ð°Ñ Ð¿Ð°Ð¼ÑÑ‚ÑŒ характеризуетÑÑ Ð¼Ð°Ð»Ñ‹Ð¼ объемом и небольшим (порÑдка 30 Ñекунд) временем хранениÑ, причем главную роль в образовании кратковременной памÑти играют лобные доли головного мозга. У долговременной памÑти и объем, и Ð²Ñ€ÐµÐ¼Ñ Ñ…Ñ€Ð°Ð½ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¸Ð½Ñ„Ð¾Ñ€Ð¼Ð°Ñ†Ð¸Ð¸ практичеÑки не ограничены. Ð’ качеÑтве кладовых Ñтого вида памÑти выÑтупают уже виÑочные отделы коры. Впрочем, выделить учаÑтки коры, где хранитÑÑ Ð¿Ð°Ð¼ÑÑ‚ÑŒ о тех или иных ÑпецифичеÑких ÑобытиÑÑ…, никому пока так и не удалоÑÑŒ. Ð’ качеÑтве возможного объÑÑÐ½ÐµÐ½Ð¸Ñ Ñтих безуÑпешных попыток учеными было Ñделано предположение, что запиÑи о том или ином конкретном Ñобытии дублируютÑÑ Ð² разных учаÑтках коры. КоÑвенно Ñто подтверждают ÑкÑперименты американца Карла ЛÑшли, проведенные в начале 60-Ñ… годов: Ñначала он обучал ÐºÑ€Ñ‹Ñ Ð¿Ñ€Ð¾Ñ…Ð¾Ð´Ð¸Ñ‚ÑŒ через лабиринт, а затем поочередно удалÑл различные чаÑти их мозга. Как оказалоÑÑŒ, вне завиÑимоÑти от того, ÐºÐ°ÐºÐ°Ñ Ñ‡Ð°ÑÑ‚ÑŒ удалÑлаÑÑŒ, крыÑÑ‹ вÑегда ÑохранÑли ÑпоÑобноÑÑ‚ÑŒ ориентироватьÑÑ Ð² лабиринте (проверÑÑ‚ÑŒ их реакцию на полное удаление мозга дотошный иÑÑледователь не Ñтал).
Важную роль в функционировании памÑти играют подкорковые образованиÑ. Ð’ первую очередь Ñто каÑаетÑÑ Ð¿Ð°Ñ€Ð½Ð¾Ð¹ извилины, раÑположенной в оÑновании виÑочной доли и плотно упакованной нервными клетками, - гиппокампа (в переводе Ñ Ð»Ð°Ñ‚Ñ‹Ð½Ð¸ -"морÑкой конек", что отражает ее отдаленное ÑходÑтво Ñ Ð¸Ð·Ð¾Ð³Ð½ÑƒÑ‚Ñ‹Ð¼ хвоÑтом Ñтой рыбы). Гиппокамп Ñлужит Ñвоеобразным "Ñитом", отÑеивающим информационную шелуху и пропуÑкающим дейÑтвительно важную информацию из кратковременной памÑти в долговременную.
Ðаиболее рельефно роль гиппокампа отражаетÑÑ Ð² поведении больных, у которых по тем или иным причинам Ñта извилина выходила из ÑтроÑ. БольшинÑтво таких наблюдений было Ñделано в 50-60-е годы, а Ñамым хреÑтоматийным больным Ñтал некий канадец, извеÑтный в научной литературе под инициалами Ð¥. Ðœ. (на результатах иÑÑÐ»ÐµÐ´Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ ÐµÐ³Ð¾ памÑти Ñделало Ñебе карьеру немалое чиÑло ÑевероамериканÑких нейропÑихологов). Его ÑоÑтоÑние Ñтало ÑледÑтвием запланированной операции, проведенной теми же ÑÑкулапами, которые потом ничтоже ÑумнÑшеÑÑ Ð¸ Ñтали его изучать: "лечение" Ñтрадавшего ÑпилепÑией беднÑги ÑоÑтоÑло в удалении значительных учаÑтков мозга Ð²ÐºÐ»ÑŽÑ‡Ð°Ñ Ð¿ÐµÑ€ÐµÐ´Ð½Ð¸Ðµ две трети гиппокампа.
Другим ÑкÑпериментальным подÑпорьем были жертвы неÑчаÑтных Ñлучаев (так, один из них получил удар рапирой, ÐºÐ¾Ñ‚Ð¾Ñ€Ð°Ñ Ð¿Ñ€Ð¾Ð½Ð¸ÐºÐ»Ð° в мозг через ноздрю). ЛичноÑтных изменений у таких больных не наблюдалоÑÑŒ, их интеллект не уменьшалÑÑ, а Ñ€ÐµÐ°ÐºÑ†Ð¸Ñ Ð½Ð° внешние ÑÐ¾Ð±Ñ‹Ñ‚Ð¸Ñ Ð±Ñ‹Ð»Ð° вполне нормальной. СохранÑлаÑÑŒ памÑÑ‚ÑŒ о ÑобытиÑÑ…, предшеÑтвовавших моменту операции, нормально функционировала и ÐºÑ€Ð°Ñ‚ÐºÐ¾Ð²Ñ€ÐµÐ¼ÐµÐ½Ð½Ð°Ñ Ð¿Ð°Ð¼ÑÑ‚ÑŒ. Однако ÑпоÑобноÑÑ‚ÑŒ переводить новую информацию из кратковременной памÑти в долговременную Ñ ÑƒÑ‚Ñ€Ð°Ñ‚Ð¾Ð¹ гиппокампа полноÑтью иÑчезала. ЗнакомитьÑÑ Ñ Ñ‚Ð°ÐºÐ¸Ð¼ человеком приходилоÑÑŒ при каждой новой вÑтрече: доÑтаточно было минутного интервала, и ÑÐ²ÐµÐ´ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¾ новом знакомом напрочь улетучивалиÑÑŒ у него из головы. Ðе могли больные Ñ Ð¿Ð¾Ð²Ñ€ÐµÐ¶Ð´ÐµÐ½Ð½Ñ‹Ð¼ гиппокампом и Ñмотреть фильмы по телевизору: во Ð²Ñ€ÐµÐ¼Ñ Ñ€ÐµÐºÐ»Ð°Ð¼Ð½Ñ‹Ñ… пауз они забывали Ñюжетную линию.