Реорганизация нейронной цепи

После обучения при актуализации энграммы через разные интер­валы времени после завершения предъявления УС-БС нейронные цепи, осуществляющие реализацию энграммы, изменяются. Одни до­казательства получены в опытах при измерении ЛП условных ответов у нейронов разных структур мозга, другие — при сопоставлении ско-

рости выработки условного ответа нейронами разных структур и дли­тельности их сохранения.

По мере упрочения двигательного условного ответа на время, вы­рабатываемого у кроликов в процессе сочетания звуковых стимулов с электрокожными раздражениями, определенные структуры мозга включаются в процесс реализации энграммы с определенной последо­вательностью. Максимальная выраженность клеточных реакций на УС может совпадать с проявлением стабильных двигательных реак­ций, либо опережать их появление. Эти результаты подтверждают наше предположение о временной распределенности энграммы по нейронам разных отделов мозга.

Дж. Дистерхофт и Дж. Олдс (1972) тоже изучали время появления условных ответов в корковых областях, внутреннем коленчатом теле, вентральном, дорсальном, латеральном и заднем ядре таламуса при выработке условного пищевого ответа у крысы. У нейронов внутрен­него коленчатого тела и таламической группы ядер первые условные ответы появились в пределах 30—40 сочетаний. Корковые клетки (пе­редней, задней и средней области) начинали реагировать на действие условного стимула через 60—70 сочетаний. Условный поведенческий ответ появлялся у крыс раньше на поведенческом уровне, чем он вы­рабатывался у нейронов коры. Но максимальные условные ответы во всех исследованных образованиях развивались примерно через 120— 140 сочетаний. Авторы исследования сделали предположение о лока­лизации энграммы. Но как показали результаты опытов Н.Ю. Белен-кова (1980) и Е.Ф. Мордвинова (1982), включение активности отдель­ных структур мозга в условно-рефлекторную деятельность и выклю­чение из нее являются динамичным, подчиняются никому не известным законам. Мы предполагаем, что таким «организующим за­коном» является принцип распределенности энграммы по параметру достижения максимальной активности.

Угашение условных ответов и реорганизация нейронной цепи. Еще одним фактором, на который можно опираться при доказательст­ве изменения состава нейронной цепи, опосредующей актуализацию энграммы в определенное время после обучения, являются результа­ты разной скорости угашения условной реакции на нейронах структур мозга позвоночных и беспозвоночных.

Как известно из классических работ по условным рефлексам, при продолжающемся действии условных стимулов, не подкрепляемых действием БС, происходит постепенное угашение условной реакции. В работах многих авторов было продемонстрировано, что у большин­ства нейронов различных корковых и подкорковых структур угаше­ние условных реакций происходит довольно быстро — достаточно 30

10-1015

146

Плана II Психофизиология памяти

2 Теории памяти

147

 

не подкрепленных действием УС для исчезновения условного ответа. При этом, чем больше упрочен условный ответ, тем больше нужно неподкрепленных УС.

Описаны различия в скорости угашения условных реакций для нейронов разных структур мозга. Например, описано быстрое угаше-ние при неподкреплении у нейронов ретикулярных структур. В про­тивоположность этому клетки гиппокампа — поля СА(1) и СА(3) — проявляли при угашении лишь незначительное снижение частоты разрядов, сохраняя ответы на условный стимул, по крайней мере, при 150 неподкрепленных УС. Особенности угашения условных ответов у нейронов гиппокампа связывают с ролью этих структур в сохранении следовых процессов, которые остаются неизменнными даже при уга­шении поведенческого проявления условного ответа. Нейроны лате­рального гипоталамуса и преоптической области заняли промежуточ­ное положение между нейронами ретикулярных структур и гиппокам­па. Обращают внимание на то, что тормозные реакции угашаются при неподкреплении значительно быстрее, чем активирующие. Если для угашения активирующей реакции требуется 15—30 предъявлений УС не подкрепленных БС, то для угашения тормозной бывает достаточно и пяти (Хирано Т., 1970).

На нейронах моллюсков также обнаружена разная скорость разви­тия инактивации следового эффекта при неподкреплении условного стимула. Ответы полностью изолированных нейронов показывают, что эти различия скорости угашения сохраняются в условиях отсутст­вия взаимодействия между элементами ЦНС.

Развитие угашения (инактивации следа памяти) имеет двойной смысл — с одной стороны, скорость развития угашения различна на разных нейронах. Это означает, что после того, как энграмма перей­дет в инактивированное состояние на одних нейронах, она будет ос­таваться активной на других и, следовательно, воспроизведение будет осуществляться на основе новой цепи элементов, включающей нейроны с активно существующим следом памяти. С другой стороны, угашение при неподкреплении является демонстрацией индивиду­альных свойств нейронов, как это показывают опыты на изолирован­ных клетках.

Факт реорганизации нейронных цепей, реализующих воспроизве­дение энграммы, находящейся в активном состоянии, подтверждается следующими данными, разной скоростью обучения нейронов различ­ных структур, изменениями латентных периодов на действие условно­го стимула до проведения обучения и после его завершения, разной скоростью угашения условного ответа при неподкреплении на нейро­нах разных структур, отсутствием влияния на воспроизведение со сто-

роны участков мозга, подвергшихся действию амнестического ЭШ, но не связанных с актуализацией энграммы в данный момент времени.

Представление о том, что след памяти не имеет определенной ло­кализации, а считывается с нейронов разных структур мозга в зависи­мости от обстоятельств, подтверждено экспериментами. Факты, полу­ченные в результате опытов, указывают на принцип распределенности энграммы как на основу организации памяти. «Познавая нейрофизио­логическую специфичность мозговых структур, обусловленную осо­бенностями переработки афферентного для данной области носите­лем информации, мы считаем правильным говорить не о единствен­ном функциональном фокусе при реализации мнестической функции, а об их определенном множестве с широкой мозговой топографией. Приведенные данные говорят о динамичности пространственного рас­положения фокусов. В процессе выполнения животными отсроченной задачи происходит их пространственное перемещение, блуждание, так что конфигурация ансамбля активно действующих мозговых образо­ваний не остается застывшей, а экстренно меняет свою пространствен­ную структуру в зависимости от потребностей регуляции целостного поведения в данный отрезок времени»¹. Это дает основание для при­нятия принципа динамичности в организации морфофункциональной системы обеспечения процессов кратковременной памяти. Этот прин­цип предполагает нестабильность самой системы во времени. Неста­бильность определяется текущими изменениями функциональной значимости образующих систему мозговых структур в ходе реализа­ции энграммы. Топография функциональной части системы, обеспе­чивающей воспроизведение, может меняться на каждом отрезке вре­мени. Мы предполагаем, что эти изменения связаны с достижением максимума актуализации энграммами других элементов, расположен­ных в других структурах. Постоянная смена активностей следа памя- \ ти на разных элементах системы является причиной постоянного «блуждания» активных мнестических центров. А. Флекснер и другие (1968) предполагали, что энграмма распространяется по структурам мозга, когда след «стареет».

Доказательствами функциональной перестройки нейронной цепи, опосредующей актуализацию энграммы в определенные моменты вре­мени, являются также результаты опытов, в которых показана взаимо­связь различных структур мозга с возможностью нарушения памяти при локальных стимуляциях через разное время после обучения.

¹ Мордвинов ЕФ Элсктрофизиологическип анализ отсроченного поведения Л, 1982 С 170

10*

148

Глава Н Психофизиология памяти

Процедурная и декларативная память

149

 

Нейрофизиологические механизмы распределенности энграммы.

В опытах на изолированных нейронах виноградной улитки обнаружены клетки, у которых формирование следа памяти происходит во время ас­социативного обучения, так что после определенного количества сочета­ний условного и безусловного стимулов формируется энграмма, дости­гающая уровня актуализации по электрофизиологическим показателям. На других нейронах было найдено отсроченное достижение оптимально­го уровня выраженности по электрофизиологическим показателям¹. Это происходит через различное время после обучения на разных нейронах и, по-видимому, является их биологическим свойством, которое опреде­ляется особенностями данного нейрона. Весьма похожие результаты о динамике достижения максимального воспроизведения следа памяти получены в опытах на полуинтактных препаратах.

Если проанализировать, как изменяется время достижения макси­мальной воспроизводимости следа памяти на разных нейронах, «обу­ченных» в одной и той же ситуации, при выполнении нескольких серий обусловливания, то вскроется удивительный факт: клетки, по­казывающие максимальное воспроизведение сразу после обучения, будут сохранять энграмму в активном состоянии в течение более дли­тельного времени. Клетки, достигающие наивысшего состояния ак­тивности следа через некоторое время после завершения обучения, с каждой следующей серией будут отодвигать пик активности все даль­ше, а след будет оставаться активным в течение все более длительного времени. Таким способом продлевается активная «жизнь» следа памя­ти на популяции нервных клеток, участвовавших в обучении. Когда след инактивируется на одной группе клеток, в это время он достигает максимальной воспроизводимости на другой — и так до тех пор, пока не исчерпается временной резерв данного нейронного ансамбля. Энг­рамма становится неактивной, переходит в латентное состояние и ждет «напоминания», которое при помощи неизвестных пока меха­низмов выведет ее на уровень актуализации.

3. Процедурная и декларативная память

В последние годы стала приобретать большое значение информа­ция о разных формах памяти. Помимо кратковременной и долговре­менной памяти, у человека существует еще по меньшей мере две раз­ные системы для усвоения и запоминания информации. Опыты на нормальных животных, выполненные с использованием регистрации

¹ См Главу! Пейрофшиочотя Клеточные основы обучения

вызванных потенциалов, а также опыты на животных с различными повреждениями мозговых структур подтверждают существование биологических основ для множественных систем памяти/Выбор сис­темы памяти зависит от особенностей сведений, которые нужно запо­мнить. Для запоминания большей части ситуаций вовлекается не­сколько систем памяти. Они имеют разные оперативные характерис­тики, участвуют в приобретении знаний разного рода и осуществля­ются разными мозговыми структурами. Л. Сквайр и другие (1993) предположили, что переработка по крайней мере двух видов инфор­мации ведется в мозгу раздельно и каждый из этих видов хранится также отдельно. Данные, полученные при наблюдении амнезирован-ных пациентов, а также людей с обычной памятью и животных, позво­лили пересмотреть понятие о процедурной и декларативной памяти, а также недекларативной, включающей формирование перцептивных навыков и усвоение нового материала.

Процедурная память — это знание того, как нужно действовать. Процедурная память, вероятно, развивается в ходе эволюции раньше, чем декларативная. Привыкание и классическое обусловливание — это примеры приобретения процедурного знания. Процедурная па­мять основана на биохимических и биофизических изменениях, про­исходящих только в тех нервных сетях, которые непосредственно уча­ствуют в усвоении нового материала.

Декларативная память обеспечивает ясный и доступный отчет о прошлом индивидуальном опыте. Память на события и факты вклю­чает запоминание слов, лиц и т.д. Декларативная память должна быть привнесена, содержание может быть декларировано. Она зависит от интеграции в мозговых структурах и связей с медиальной височной корой и диэнцефалоном, которые при повреждении становятся при­чиной амнезии. Декларативная память связана с перестройкой нерв­ных сетей и требует переработки информации в височных долях мозга и таламусе.

В медиальных височных отделах важной структурой является гип-покамп (включая собственно гиппокамп и зубчатую извилину, суби-кулярный комплекс и энторинальную кору) вместе с парагиппокам-пальной корой. Внутри диэнцефалона важные для декларативной па­мяти структуры и связи включают медиодорзальные ядра таламуса, передние ядра, маммило-таламический тракт, внутреннюю медулляр­ную пластинку.

Но понятие о декларативной памяти требует различных уточне­ний и ограничений и поэтому вводится понятие недекларативной па­ мяти, включающей группу фактов, которые не описываются понятия­ми декларативной и процедурной памяти. В то время как декларатив-

150

1 лава II Психофизиология памяти

4 Биохимические н молекулярные механизмы памяти

151

 

ная память относится к биологически значимым категориям памяти, зависящим от специфических мозговых систем, недекларативная па­мять охватывает несколько видов памяти и зависит от множества моз­говых систем. Сейчас ясно, что множественные формы памяти под­держиваются определенными мозговыми структурами и имеют раз­ные характеристики.

4. Биохимические и молекулярные механизмы

памяти

Исследования биохимической природы этапов формирования памя­ти проводятся в основном с использованием ингибиторов синтеза проте­инов и различных фармакологических веществ, избирательно подавляю­щих определенные метаболические процессы нервных клеток. Наиболее распространенным методом является введение веществ животным в раз­ное время после обучения, анализ различных нейрофизиологических фе­номенов с биохимическими реакциями определенных видов, определе­ние поведенческих эффектов от применяемых препаратов.

Предполагается, что фиксация опыта тесно связана с изменением синтеза специфических белков. Если это предположение верно, то применение веществ, изменяющих возможность такого синтеза на оп­ределенном этапе, должно препятствовать приобретению опыта или его воспроизведению. Выполнено много экспериментальных работ, в которых различные ингибиторы синтеза протеинов вводили как перед обучением, так и после его завершения. Результаты этих работ не­однозначны, а основные выводы суммированы в обзорных статьях Они заключаются в следующем:

1) кратковременная память не затрагивается ингибиторами синте­
за протеинов, а долговременная зависит от процесса, на который влия­
ет данный ингибитор;

2) кривая обучения контрольной группы животных и животных,
подвергшихся действию ингибиторов, идентична;

3) сохранение навыка, измеренное через минуты и часы после обу­
чения, остается неизменным после введения ингибитора, хотя дли­
тельность сохранения энграммы у животных контрольной группы из­
меняется в зависимости от условий эксперимента;

4) сохранение навыка, измеряемое в часах и днях, значительно
ухудшается после введения ингибитора. В определенных условиях на­
блюдается спонтанное восстановление навыка, что демонстрирует не­
стабильность энграммы;

5) в некоторых случаях после введения ингибиторов по окончании
обучения развивается ретроградная амнезия, хотя она носит менее от-

четливый характер по сравнению с аналогичным нарушением памяти при введении ингибитора перед обучением. Возможность ингибито­ров вызывать нарушения памяти тем меньше, чем больше времени проходит от момента обучения до момента начала действия ингибито­ра.

Экспрессия генов и память. Биохимические и фармакологические исследования установили универсальную зависимость долговремен­ной памяти от активации генетического аппарата нервных клеток. У высших эукариот изменения транскрипции в ходе развития могут со­храняться на длительное время, вполне сопоставимое с продолжи­тельностью хранения долговременной памяти. Большинство долго­временных изменений экспрессии генов в клетках млекопитающих происходит за счет регуляции транскрипции. Представление о том, что кратковременная память не затрагивается действием ингибито­ров, распространено среди исследователей. Пока отсутствуют доста­точно четкие и экспериментально подтвержденные данные о взаимо­связи синтеза белков и обучения. Результаты исследований по этой проблеме чрезвычайно пестры и противоречивы. Также необходимо учесть, что применяемые ингибиторы влияют на синтез белков, осу­ществляемый традиционным образом. Сейчас изучаются и нетради­ционные пути, в частности, выясняется роль внематричного синтеза белков в процессах обучения и памяти. В ходе экспериментов Р.И. Салганика и других ученых (1981), связанных с изучением роли обратной транскрипции в обучении, установлено, что повышение уровня содержания РНК-зависимой ДНК-полимеразы (показателя процесса обратной транскрипции) развивается в гиппокампе быстро обучающихся крыс во время обучения и достигает максимума после его завершения. Эксперименты В.В. Ашапкина и Н.А. Тушмаловой (1984) продемонстрировали следующее: при формировании условных ответов у крысы происходит повышение синтеза ДНК в неокортексе. Индукция синтеза ДНК связана с выработкой условного ответа и пер­выми часами его хранения. Индуцированный обучением синтез ДНК в неокортексе избирательно связан с последовательностями ДНК, по­вторенными в геноме 10—20 раз. Предполагается, что этот синтез свя­зан с активацией экспрессии генов. Активация транскрипции многих генов происходит в ответ на внешние воздействия, а также во время развития клеточной дифференцировки.

В нервных клетках экспрессируются многие из генов, в частности, непосредственные ранние гены. Непосредственные ранние гены были идентифицированы в культивируемых клетках во время изуче­ния механизмов геномного ответа на действие факторов роста, запус­кающих процессы клеточного цикла. В ходе этих исследований была

152

Глава Л Психофизиология памяти

А Биохимические и мочекулярпые механизмы памяти

153

 

обнаружена группа генов, транскрипция которых активизировалась через несколько минут после добавления в культуру клеток мозга факторов роста. Индукция их транскрипции происходила несмотря на подведение ингибиторов синтеза белка. Это означает, что транс­крипция запускается механизмами, заранее готовыми для восприятия экстраклеточных стимулов. Характерной чертой данного механизма регуляции транскрипции является его двухфазность. На первой ста­дии экстраклеточные сигналы запускают активацию ранних генов, а затем кодируемые этими генами транскрипционные факторы изменя­ют экспрессию поздних генов, вызывая изменения программ деятель­ности клетки в ходе клеточного цикла и дифференцировки. Однако данный механизм возник в эволюции достаточно давно и не ограничи­вается лишь регуляцией процессов роста и деления клеток, а играет достаточно универсальную роль в передаче экстраклеточных сигналов от мембраны к геному. В клетках мозга животных при обучении и при изменениях окружающей среды активируются два представителя се­мейства «ранних» генов — c - fos и с-]ип. Экспрессия обоих генов зату­хает по мере потери новизны воздействия или после выработки и автоматизации нового навыка. К индукции экспрессии не приводят обыденная поведенческая активность животных, привычная среда или стимулы. Поэтому можно предположить, что активация «ранних» генов в нервных клетках во время обучения связана с новизной пове­денческих ситуаций для животного и с возникновением у них ориен­тировочно-исследовательского поведения. Этот механизм, вероятно, имеет универсальное значение, поскольку он активируется в разных ситуациях новизны и у разных видов животных. Анализ связи экс­прессии гена c - fos с показателями индивидуального поведения мышей при обучении активному избеганию свидетельствует о том, что акти­вация экспрессии данного гена не зависит от того, успешны или нет попытки животного избавиться от ударов тока. Поэтому можно пред­полагать, что индукция c - fos при обучении происходит при любых новых поведенческих актах. Обучение вызывает экспрессию в нерв­ной системе тех генов, с которыми прежде связывали функцию регу­ляции процессов клеточного роста и дифференцировки.

Новая гипотеза о роли экспрессии генов в процессах памяти была выдвинута К.В. Анохиным (1997). В отличие от более ранних молеку­лярных моделей памяти ее основой является двухфазность адаптив­ного ответа: новизна и рассогласование приводят к активации каскада «ранних» регуляторных генов, кодирующих транскрипционные фак­торы. В свою очередь продукты этих генов индуцируют экспрессию «поздних» морфорегуляторных генов, выступающих ключевыми участниками последующих процессов морфогенеза. Существенно, что

основные компоненты и этапы этого молекулярного каскада оказыва­ются общими для обучения и развития мозга.

Электрофизиология и биохимия. Большое внимание обращено на изучение синаптических мембран и их роли в передаче, фиксирова­нии и хранении информации. Мембрана может рассматриваться как двойной модификатор в передаче информации. Во-первых, состояние мембраны определяет чувствительность к стимулу. Во-вторых, пере­стройка мембраны после получения сигнала определяет силу, специ­фичность и адекватность ответа. Важная роль мембран в передаче и хранении информации связана с кооперативными структурными переходами в них. Эти переходы могут индуцироваться изменениями в липидах и белках. Не только кратковременная, но и долговременная память связана с изменением структуры липидного бислоя синапти­ческих мембран. И кратковременная, и долговременная память зави­сят от перехода липидов в одно и то же новое жидкокристаллическое состояние.

Современный уровень знаний о синаптической пластичности и эн-донейрональных процессах, участвующих в механизме памяти, доста­точно высок. Поэтому накопленные факты позволяют успешно изу­чать целенаправленное воздействие на синтез протеинов и других спе­циализированных веществ на привыкание, ассоциативное обучение и другие разнообразные формы пластичности нервных клеток. Наибо­лее интересны результаты опытов, связанных с изучением пластич­ности по показателям электрической активности нейронов и ее изме­нений под воздействием веществ, избирательно влияющих на метабо­лические процессы нервных клеток.

Есть попытки разделить электрофизиологическую феноменоло­гию по этапам становления следа памяти на основе выявления ее чув­ствительности к действию ингибиторов синтеза протеинов. Напри­мер, исследования Е.Н. Соколова и А.Г. Тер-Маргарян (1984) показа­ли, что применение анизомицина затрагивает только долговременное хранение энграммы привыкания. Проводилась длительная регистра­ция электрической активности идентифицированного нейрона. При­выкание прослеживалось в течение нескольких суток как в условиях нормы, так и после введения в омывающий раствор анизомицина.

Предполагается, что в основе долговременной памяти лежат дол­говременные изменения хемореактивных свойств мембраны нейро­нов. Проверка этого предположения приводит к необходимости про­дления времени наблюдений за модификациями свойств хемореак-тивной мембраны во время обучения. Исследования показали, что при контроле за синаптическими процессами привыкания к орто-дромной стимуляции у идентифицированного нейрона виноградной

154

Глава II Психофизиология памяти

4 Биохимические и молекулярные механизмы памяти

155

 

улитки сохраняется привыкание в течение 14—15 часов. В исследова­ниях Э. Кендела (1980) продемонстрировано сохранение привыкания в течение еще большего времени — также при контроле за величиной синаптических потенциалов. В условиях формирования аналога ус­ловного рефлекса — гетеросинаптической фасилитации — показано сохранение феномена, определяемого по амплитуде синаптических потенциалов, в течение 42 часов. В исследованиях динамики форми­рования условного ответа на позвоночных животных при контроле феномена по числу ПД также показано длительное сохранение услов­ного ответа, достигающее нескольких часов.

Эти результаты поддерживают предположение о том, что хеморе-активные мембраны могут обеспечить длительно наблюдаемые плас­тические перестройки электрической активности нейронов. Это пред­положение опирается также на эксперименты, в которых осуществля­ется прямой контроль состояния хемочувствительной мембраны, а именно на опыты, в которых в качестве условного стимула использу­ют микроаппликации медиатора на хемочувствительные локусы ис­следуемого нейрона. Аналогичные результаты получены и в других экспериментах, когда в качестве безусловного подкрепления применя­ли микроаппликации медиатора, а в качестве условного — индиффе­рентный раздражитель. Эти результаты позволяют рассматривать длительно сохраняющиеся изменения хемочувствительных мембран нейронов в качестве одного из реальных механизмов, обеспечиваю­щих длительное сохранение энграмм.

Введение ингибитора анизомицина оказалось эффективным в опытах — пластичный синапс, демонстрировавший привыкание, пре­вратился в непластичный. Ингибитор не вызывает изменений основ­ных нейрофизиологических показателей работы клетки — уровня мембранного потенциала, генерации потенциалов действия, паттерна пейсмекерной активности, синаптической передачи. Участие немат­ричного синтеза РНК в привыкании показано в работах Л.Е. Цито-ловского и А.А. Краевского (1982). Исследовалось влияние на выра­ботку привыкания различных воздействий, направленных на синтез белков и РНК. Привыкание оценивалось по порогу генерации потен­циалов действия. Согласно результатам этих исследований, привыка­ние связано с нематричным синтезом РНК и не затрагивается при действии ингибиторов синтеза протеинов. Этот результат чрезвычай­но важен при сопоставлении с результатами других работ, в которых введение ингибиторов оказалось эффективным по отношению к дол­говременной памяти. Это позволяет предположить, что определенные свойства электрической активности нейронов имеют в своей основе разные биохимические механизмы.

В связи с этим особенно интересными становятся исследования, в которых осуществляется контроль за определенными'компонентами клеточного метаболизма. Например, для формирования гетеросинап­тической фасилитации, развития долговременной потенциации суще­ственное значение имеет уровень цАМФ.

Большое значение для исследований тонких биохимических меха­низмов обучения имеют работы по изучению регулирующей роли ионов кальция, который принимает непосредственное участие в фор­мировании определенных пластических реакций нейронов. Большую роль играют ионы кальция в развитии привыкания электровозбуди­мой мембраны и ассоциативного обучения. По предположению Кос-тюка и других (1984), кальций осуществляет взаимосвязь между мета­болизмом нейрона и его мембраной, являясь метаболически зависи­мым компонентом клеточной проводимости.

Опыты по долговременному привыканию свидетельствуют об от­сутствии отличий нейрофизиологических показателей существования следа памяти на предполагаемых этапах кратковременного и долго­временного хранения; качественно электрофизиологическая актив­ность одинакова. Е.Н. Соколовым и его коллегами (1984) выдвигается предположение о том, что в основе долговременной памяти лежат дол­говременные изменения хемореактивных свойств мембраны нейро­нов. Это предположение опирается также на эксперименты, в которых осуществляется прямой контроль состояния хемочувствительной мембраны. Результаты позволяют рассматривать длительно сохра­няющиеся изменения хемочувствительных мембран нейронов в каче­стве одного из реальных механизмов, обеспечивающих длительное со­хранение энграмм.

Одним из перспективных подходов к изучению механизма памя­ти является анализ взаимосвязи электрогенеза и метаболизма белков нейронов в процессе обучения. Наиболее удобным объектом для решения этих проблем являются моллюски: большие размеры нейро­нов, возможность их идентификации от препарата к препарату, спо­собность животных к выработке условных рефлексов позволяют изучать функционирование конкретных элементов условно-рефлек­торной сети с дальнейшим их биохимическим анализом. Для выпол­нения таких исследований исключительные возможности возникают при использовании гигантских нейронов виноградной улитки. В те­чение ряда лет проводились работы по изучению биохимических ме­ханизмов формирования условного оборонительного рефлекса у Helix pomatia. Рефлекс хорошо изучен на поведенческом и клеточном уровнях. Наличие гигантских командных нейронов, способных за­пускать целостную оборонительную реакцию и являющихся элемен-

156

Глава II Психофизиология памяти

4 Биохимические и молекулярные механизмы памяти

157

 

тами пластичности данного рефлекса, позволяет производить целена­правленный поиск информационных макромолекул, связанных с обу­чением. Условным стимулом (УС) служило легкое постукивание по раковине. Безусловным (БС) — интенсивное вдувание воздуха в ды­хательное отверстие. Полностью рефлекс закрепляется в течение 8— 15 суток.

Синтез белков и обучение. Исследователи — и нейрофизиологи, и биохимики — давно предполагали наличие глубокой взаимосвязи между процессом обучения и синтезом определенных белков. В исто­рии науки этому посвящена целая глава биохимических и физиологи­ческих исследований. В настоящее время показано, что при долговре­менном обучении модифицируются те же синапсы и каналы, что и при краткосрочном, однако для длительного поддержания их в этом состоянии необходим синтез макромолекул.

Обнаружено два класса белков, наиболее сильно изменяющихся в процессе обучения. Это, во-первых, белок с Rf =0,58, количественное перераспределение которого происходит между мембраной и цито­плазмой на ранних стадиях обучения, без контроля со стороны генома, и, во-вторых, наиболее кислые нейроспецифические белки с Ri=l, пластичность которых проявляется на уровне синтеза. Так как до сих пор не найдены белки, обеспечивающие внутриклеточную передачу информации от мембраны к геному и обратно, то определенный инте­рес представляют наиболее кислые низкомолекулярные белки. На всех изученных стадиях формирования оборонительного условного рефлекса наиболее интенсивное включение метки наблюдается имен­но в эти белки.

Новые данные о взаимосвязи этих белков с обучением идентифици­рованных нейронов моллюска получены в исследованиях Л.Н. Грин-кевич (1992). Исследователям удалось установить, что повышенный уровень синтеза белков наблюдается даже спустя 24 часа после обуче­ния на стадии закрепления условной связи. Так как интенсивное включение метки в белки с Ri = 1 не сопровождается достоверным рос­том их количества, можно предположить возможности их перехода из цитоплазмы в другие клеточные структуры. Не исключена также воз­можность дальнейшего гидролиза для выполнения модуляторной роли в функционировании ЦНС.

Существование белков-предшественников, протеолиз которых приводит к возникновению целого класса функционально активных пептидов, довольно хорошо изучено и описано. Каждый из этих пеп­тидов способен контролировать определенные функции. Так, у апли-зии обнаружен белок-предшественник пептида откладывания яиц, расщепление которого по определенным сайтам рестрикции приводит

к появлению функционально активных пептидов, а их взаимодейст­вие с определенными клетками-мишенями реализует запуск целост­ной реакции. Не исключена возможность существования'Подобного класса пептидов для реализации запуска целостной реакции оборони­тельного поведения виноградной улитки. Клетками-мишенями в дан­ном случае могут выступать командные нейроны оборонительного рефлекса, генерация спайковой активности в которых приводит к за­пуску оборонительной реакции. В то же время эти же пептиды могут вызывать торможение командных нейронов пищевого поведения. Ги­перполяризация командных нейронов связана с реализацией оборо­нительного поведения.

В настоящее время у улитки выделен пептид, аппликация которо­го на сому изолированного нейрона, не проявляющего спонтанной электрической активности, вызывает генерацию спайка. Известно, что командные нейроны оборонительного поведения являются латентны­ми пейсмекерами, а пластичность пейсмекерного механизма может лежать в основе пластичности поведения. С другой стороны, показано позднее созревание в онтогенезе пейсмекерного механизма нейрона, коррелирующее по времени с появлением механизма реализации ус­ловных, оборонительных рефлексов, и в эти же сроки начинается экс­прессия кислых нейроспецифических белков, изменяющихся в про­цессе обучения.