О субстрате следов памяти в мозге

Страница 2

О природе следов долговременной памяти Успехи в расшифровке генетической памяти и механизма ее реализации способствовали становлению представлений о роли матричных молекул и управляемого ими синтеза белка в стабильной фиксации и индивидуального опыта. Очень тонкие биохимические исследования, проведенные главным образом в лаборатории Хидена, а также многочисленные весьма изощренные физиологические эксперименты привели к накоплению большого количества фактов, расценивавшихся как свидетельство справедливости представлений об особой роли РНК в качестве носителя долговременного следа. Однако интенсивная экспериментальная и теоретическая разработка проблемы привела к тому, что в последнее время все более внушительными становятся возражения против таких представлений. Возможный кандидат на роль носителя следов долговременной памяти должен, очевидно, отвечать следующим требованиям: а) под влиянием проявлений активности нейрона (в виде быстрых и медленных электрических процессов, химических превращений типа выделения медиатора и его взаимодействия с воспринимающим субстратом и т.п.) в нем должны возникать стабильные изменения; б) эти изменения должны быть специфически связаны с вызвавшим их воздействием, т.е. нести специфическую информацию о нем, которая и подлежит извлечению при считывании; в) они должны сохраняться, несмотря на постоянно происходящее обновление вещества нервной ткани; г) раз возникнув, эти изменения должны быть как-то “защищены” от последующих превращений в связи с поступлением новых порции изменяющего воздействия. При оценках же результатов экспериментального анализа необходимо учитывать, с одной стороны, что фиксация следа в клетке зависит от целого ряда процессов, лежащих в основе общих проявлений ее жизнедеятельности, и что, следовательно, вмешательство в такие процессы может неспецифическим образом нарушить эту фиксацию. С другой стороны, следует помнить, что функция памяти тестируется обычно на проявлениях целостной деятельности организма и что нарушения в этой деятельности (например, в формировании условного рефлекса) под влиянием того или иного экспериментального воздействия отнюдь не обязательно связаны с первичным нарушением памяти, а могут быть следствием нарушения других процессов (операций) , участвующих в формировании или реализации подобных проявлении. К настоящему Бремени мы почти не располагаем фактами, однозначно трактуемыми. Так, вся огромная масса исследований, доказывающих участие РНК в процессах памяти, не исключает, по-видимому, только неспецифического характера этого участия, а в ряде случаев определенно демонстрирует такой характер. О справедливости последнего утверждения свидетельствуют, в частности, опыты с применением ингибиторов и стимуляторов синтеза РНК (или белков на РНК) , в которых было выявлено влияние (угнетающее или стимулирующее) главным образом на выработку новых навыков, а не на их сохранение, что следовало бы ожидать в первую очередь, так как воздействию подвергался предполагаемый субстрат долговременной памяти. В этом же плане можно сослаться на опыты, выявившие облегчающее влияние на научение и память введения в организм РНК, в том числе—и через пищеварительный тракт, где введенная РНК подвергается существенному разрушающему воздействию. В отношении данных об облегчении специфического научения при помощи парэнтерального введения одним животным экстрактов мозга других, предварительно обученных, животных того же вида, то при детальном анализе было установлено, что такое влияние осуществляется при помощи фракции, содержащей малые белковые молекулы и полипептиды, а не РНК. Кроме того, была установлена непроходимость гематоэнцефаличсского барьера для РНК. Опыты же с локальным интрацеребральным введением веществ, угнетающих синтез или стимулирующих расщепление РНК (например, фермента рибонуклеазы) , доказывают не более того, что расстройство функции нервных элементов в зоне введения приводит к нарушению тестируемой деятельности. Имеются и результаты исследований, в которых исключить специфический характер участия РНК в процессах памяти представляется более затруднительным. К ним, в частности, относятся данные Хидена и Эгихаши об изменениях в распределении оснований в молекулах РНК, выделенной из корковой моторной зоны, соответствующей “представительству” “обучавшейся” конечности животного. Эти данные, по мнению авторов, подтверждают справедливость известной гипотезы Хидена о кодировании памяти путем перегруппировок (под влиянием электрохимических сдвигов, вызываемых приходящими к нейрону импульсами) оснований в молекуле РНК, что должно приводить в последующем к синтезу на такой РНК молекул белка измененной структуры, определяющих особую чувствительность нейрона к импульсам только определенной (вызвавшей это изменение) конфигурации. Однако и в отношении указанных данных Хидена и Эгихаши могут быть выдвинуты определенные возражения. Существующие сведения о сложной системе регулирования процессов синтеза на матричных молекулах, протекающих на разных этапах осуществления функции, не позволяют исключить неспецифический характер наблюдавшихся сдвигов, тем более, что сходные сдвиги обнаружены в период резкого усиления функции в РНК, выделенных из ненервных клеток разных органов. То обстоятельство, что описанные изменения обнаружены в клетках зоны коры, являющейся скорее местом выхода команд к эффекторам, чем зоной предварительной переработки информации, также делает более правдоподобным представление о неспецифическом (т.е. связанном с усилением функции, а не с фиксацией следа) характере этих изменений. Наконец, в целом гипотеза Хидена не может дать удовлетворительного ответа в связи с последним из сформулированных выше требований к субстрату долговременной памяти, а именно—как один раз измененная в каком-либо звене своей структуры молекула РНК избегает повторных изменений в этом же звене. Попытки Моррелла [549] найти выход в предположении о связи молекул РНК с фосфолипидами клеточной мембраны, которые якобы играют защитную роль, пока малоубедительны, как и попытки Джона {480] перенести акцент с качественных изменений в структуре РНК на количественные изменения в виде соотношения концентраций разных видов РНК, постоянно существующих в клетке. С аналогичными затруднениями сталкивается и гипотеза о роли скручивания молекул ДНК как носителя долговременной памяти (В. Л. Рыжков [219]) . В то же время гипотезы, пытающиеся совсем исключить участие нуклеиновых кислот в процессах долговременной памяти (например, гипотеза Сциларда [637] о комплиментарных отношениях белков в контактирующих участках синаптической мембраны) наталкиваются на трудность объяснения механизмов стабильности возникающих отношений в условиях достаточно интенсивных процессов износа и обновления материального субстрата. Все это привело к тому, что в последнее время все больше исследователей склоняется к выводу о роли морфологических изменений нейрона в процессах долговременного сохранения следа, в основном в виде протоплазматического роста нервных отростков, ветвления терминалей аксона с новообразованием синапсов (Янг [687], Вебер [667], Хебб [447], Конорский [495], Прибрам [592], Розенцвейг [604] и др.) . Прибрамом [592] на основании наблюдений над регенерированием нервных волокон в зоне повреждения мозговой ткани выдвинута гипотеза о направляющей рост новообразующихся отростков роли глин, которая таким образом (в соответствии с концепцией Галамбоса [415] о глио-невральном единстве как основе деятельности мозга) принимает участие в формировании следов долговременной памяти. По Прибраму, подобный механизм возникновения следа хорошо объясняет второй этап процесса консолидации следа, когда электросудорожный шок вызывает обратимое снижение запоминания. Это снижение запоминания может быть связано с сокращением под влиянием электрошока кончика растущего волокна, способного к амебоидным движениям (подобные движения отростков наблюдались в культуре ткани) , и отхождением его от следующего нейрона, с нарушением контакта. Последующий рост волокна восстанавливает этот контакт. В связи с гипотезами такого рода роль матричных молекул (ДНК, РНК) в явлениях долговременной памяти может проявляться в качестве фактора, управляющего пластическими процессами в нейроне (как это следует из представлений, развиваемых Ф. 3. Меерсоном [159] о так называемом пластическом обеспечении функции) . Следует отметить, что гипотезы о росте нервной сети и новообразовании синапсов как носителя долговременной памяти не имеют пока достаточных фактических подтверждений. Данные Розенцвейга [604] относительно морфологических и химических различий в мозге животных, развивавшихся в разной по возможностям научения среде (т.е. с разным багажом памяти) , носят сугубо предварительный характер. Неясно, связаны ли эти различия с объемом запоминавшегося материала или с развитием мозга под влиянием более активной деятельности животных, с тем, что Хебб [447,448] называл первичным научением, а Джерард [427,428] тонко определил как способность “учиться учиться” . Помимо этого, все концепции, связывающие возникновение и хранение следов долговременной памяти с новообразованием отростков и синапсов, сталкиваются со значительными трудностями перед необходимостью объяснения исключительной устойчивости этих следов к повреждающим мозг воздействиям, их удивительной пластичности, что, очевидно, подразумевает возможность использования разных синапсов для фиксации одного и того же следа и одних и тех же синапсов для фиксации многих следов памяти (Лешли [511]) . Таким образом, в настоящее время вопрос о природе следов долговременной памяти столь же далек от окончательного разрешения, как и вопрос о природе следов кратковременной памяти. Можно думать, что такое положение является, в большой мере, результатом отставания в разработке теоретических вопросов организации памяти б мозге, своего рода недооценки важности такой разработки. В результате на вопросы “как” и “где” пытаются ответить до выяснения ответа на вопрос “что” . Ответ же на последний вопрос достаточно труден и отнюдь не тривиален.