Движемся дальше. Изучение памяти в Национальном институте здоровья и создание собственной лаборатории

 

В Университете Калифорнии в Сан-Диего я шесть лет изучала нейроанатомию и поведенческие подходы к исследованию связей между ключевыми областями мозга в медиальной височной доле. Изучала я и результаты поражения этих областей. Безусловно, мои исследования были очень важными. Но все же это было далеко не то же самое, что наблюдать своими глазами процессы, происходившие в мозгу при формировании новых воспоминаний. Именно этим мне хотелось заниматься дальше: освоить новые подходы и фиксировать схемы электрической активности клеток мозга животных в тот момент, когда они выполняют задания на запоминание. Мне хотелось смотреть на клетки и видеть, что происходит в гиппокампе, когда животное узнает или осваивает что-то новое. Для этого я устроилась работать научным сотрудником в лабораторию Роберта Дезимона в Национальном институте здоровья.

Эта лаборатория входила в состав более крупной лаборатории Морта Мишкина, того самого нейробиолога, который опубликовал в свое время данные о результатах поражения гиппокампа и мозжечковой миндалины у обезьян и о котором я впервые услышала во Франции. Работая в Национальном институте здоровья следующие четыре с половиной года, я училась регистрировать активность отдельных клеток мозга животных и небольших групп таких клеток в процессе выполнения заданий на запоминание. Такой подход называется поведенческой нейропсихологией. Это мощный инструмент, поскольку вы можете наблюдать, как электрическая активность мозга соотносится с поведением животного. Кроме того, он позволяет вам понять, как конкретные клетки мозга отзываются на то или иное поведенческое задание. Согласитесь, это совсем не то, что изучать последствия повреждения мозга, как в случае с Г. М. Конечно, изучение травм и их последствий иногда переворачивает наши представления о функциях мозга, но такие исследования просто по природе своей могут быть только косвенными. Вы изучаете отсутствие некой функции, которая существовала до травмы. В поведенческой нейропсихологии, наоборот, вы начинаете понимать, как нормальный мозг обычно реагирует на некое задание.

Важно отметить, что в мозге нет болевых рецепторов. То есть микроэлектроды, которые мы используем для записи сигналов, не вызывают у подопытных животных боли. Зато они позволяют нам регистрировать короткие всплески электрической активности (так называемые потенциалы действия, или пиковые потенциалы), которые возникают, когда животное усваивает или вспоминает нечто новое. Я занималась в основном тем, что учила животных играть в видеоигры с обучением и запоминанием, а затем записывала активность отдельных клеток. Я пыталась разобраться, как мозг сообщает о разных аспектах задачи и что происходит с рисунком активности мозга, когда он что-то вспоминает или забывает. Я сосредоточилась на одной из областей коры мозга в срединной височной доле – энторинальной коре – и описывала схемы нейронной деятельности в этой области мозга при выполнении животными заданий на запоминание. Это исследование было единственным в своем роде: никто больше не изучал таким образом энториальную кору. Но я понимала: многое в отношении свойств других важных областей срединной височной доли еще остается неисследованным. Именно этим я хотела заняться в собственной лаборатории.

Четыре года, проведенные в Национальном институте здоровья, были очень ценными и интенсивными, ведь именно тогда я всесторонне освоила поведенческую нейрофизиологию. Основав в 1998 году собственную нейробиологическую лабораторию, я в полной мере воспользовалась приобретенными навыками. С появлением этой лаборатории в моей научной карьере началось самое интересное. К тому моменту я уже десять лет занималась исследованием памяти. Я испытывала невероятное возбуждение от того, что могла теперь разработать собственную исследовательскую программу и разобраться, что же происходит в гиппокампе при формировании новых воспоминаний. Мое желание узнать это зародилось при первом знакомстве с описанием пациента Г. М. Он был способен оценивать окружающее в настоящий момент, но, в отличие от всех нас, не мог удерживать эту информацию дольше, чем его внимание было на ней сосредоточено. Мы теперь знали, что способность удерживать информацию в памяти обеспечивается гиппокампом и окружающими его корковыми областями. Но мы совершенно не представляли, что делают эти клетки для формирования нового воспоминания. Именно этим вопросом я хотела заняться в своей лаборатории.

Первое, что мне нужно было решить в качестве главы лаборатории: какого рода информацию будут запоминать подопытные животные. Требовалось нечто относительно простое, то, что животные могли делать без труда. Но эти задания должны были стать непосильными для животных с поврежденным гиппокампом и окружающих его структурами. Я выбрала следующее задание: животное должно было соотносить определенные визуальные подсказки (к примеру, изображение собаки, дома или дерева) с определенными целями вверху, внизу, слева или справа на компьютерном мониторе. За это ему доставалось вознаграждение. Эта форма памяти, известная как ассоциативная память, представляет собой разновидность декларативной памяти (то есть эта информация может быть осознанно заучена и осознанно же вызвана в памяти). Существовали также надежные свидетельства, что поражение гиппокампа и/или окружающих его структур мозга нарушает способность к усвоению подобных ассоциаций «рисунок – мишень».

Я начала учить животных усваивать ежедневно по несколько новых ассоциаций. Когда они хорошо овладели этим навыком, я ввела в их мозг тонкие электроды, чтобы записывать электрическую активность в процессе обучения.

Наконец-то! Мне предстояло заглянуть в мозг и увидеть, что происходит в гиппокампе при усвоении новой информации.

Почему никто раньше не делал подобных опытов? Одна из причин – в том, что научить животных усваивать новые ассоциации очень трудно. Но оказалось, что я выбрала удачную задачу: животные были в состоянии усваивать за один сеанс по несколько новых ассоциаций. Именно в этом мы нуждались, чтобы начать поиск механизма, который «регистрирует» новые ассоциации в гиппокампе.

Регистрация активности отдельных клеток мозга напоминает рыбалку. Для начала вы устраиваетесь в подходящей части водоема (или мозга), где обитает крупная рыба (или клетки мозга), а затем ждете. Я записывала электрическую активность при помощи очень тонкого микроэлектрода, который на пути к гиппокампу проходил мимо сотен или даже тысяч клеток в других отделах мозга. При прохождении электрода я записывала показатели активности клеток. Их реакция регистрировалась в виде слабых щелчков, напоминавших шорохи эфира при настройке радиоприемника. Моей целью было узнать, связана ли схема срабатываний конкретной клетки мозга с тем, что животное усвоило новую ассоциацию между картинкой и мишенью. Но у меня не было гарантий. Бывали дни, когда с помощью нашего электрода я выслушивала множество клеток, но все они практически ничего не делали. Они издавали только «белый шум» без всякого ритма и системы. Однако в другие дни мне везло, и удавалось поймать отличную крупную рыбу в виде клетки, которая вела себя интересно. К примеру, эта клетка срабатывала только при показе определенной картинки. Или же она «щелкала» раз за разом во время интервала между показом картинки и обращением животного к одной из мишеней.

Я продолжала «ловить рыбу» в гиппокампе в надежде найти что-то интересное, и через несколько месяцев работы наконец-то начала проявляться некая система. Я заметила: в начале испытания, когда животное еще не запоминало никаких ассоциаций, клетка, активность которой мы регистрировали, почти не срабатывала или срабатывала редко. Но затем эта клетка усиливала активность и ближе к концу испытания, когда ассоциации успевали закрепиться в памяти, срабатывала гораздо чаще. Сразу я не обратила внимания на эту особенность, но когда мы дополнительно проанализировали полученные данные, закономерность стала очевидной.

Действительно, эти клетки почти или совсем не реагировали на задание в начале обучающего сеанса (когда ассоциации еще не сформировались). Но по мере того, как животное усваивало очередную ассоциацию, определенные клетки резко увеличивали активность – они удваивали или даже утраивали первоначальную частоту. Причем увеличение частоты происходило при усвоении только определенных ассоциаций. Это позволяло предположить, что в гиппокампе есть группы клеток, которые своей повышенной активностью сигнализируют об усвоении новых ассоциаций. Во время эксперимента я прислушивалась к щелканью прибора и слышала в этих звуках рождение нового воспоминания! Никто никогда не описывал обучение в гиппокампе таким образом. Мы наблюдали, как клетки гиппокампа кодируют новые, только что усвоенные ассоциации. А поскольку мы знали, что повреждение этой области мозга снижает способность к созданию ассоциаций, можно было предположить: такая схема активности мозга – основа процесса усвоения новых ассоциаций.

Полученные результаты были важны не только для меня и моих коллег-исследователей, но и для нейробиологии в целом. Наш эксперимент стал одной из первых демонстраций пластичности мозга. Эту пластичность мы наблюдали в реальном времени, и она была непосредственно связана с изменением поведения – в данном случае с усвоением новых ассоциаций. Профессор Даймонд в свое время показала, что мозг в среднем содержит больше синапсов, если крысу выращивают в обогащенной среде. Но в тех исследованиях не регистрировалось поведение в ходе обучения и формирования воспоминаний. Априори считалось, что если мозг увеличивается, то это хорошо для поведения и успеха. Если мы сумеем разобраться в этих функциях мозга, то тогда, наверное, сможем в перспективе искусственно воспроизвести эти функции. Подобное может понадобиться, если мозг сам не справится с задачей из-за неврологических проблем. Иными словами, наши результаты показали, как работают клетки нормального гиппокампа при формировании новых воспоминаний. Очень важно, что эти результаты стали первыми шагами к разработке методов лечения дефицита ассоциативной или событийной памяти. Этот дефицит возникает при болезни Альцгеймера, травмах мозга и естественном старении. Прежде, чем исправлять то, что выходит из строя при этих неврологических заболеваниях, мы должны понять, как нормальный мозг формирует новые воспоминания.

 

 

Факты в копилку

• Части височной доли, включая гиппокамп, энторинальную, околоносовую и парагиппокампальную кору (по одной в каждом полушарии) очень важны для декларативной памяти.

• Декларативная память – фундаментальная форма памяти. Она называется так потому, что ее можно сознательно объявить (продекларировать). В декларативную память входит жизненный опыт (событийная память) и знание фактов (смысловая память).

• Чтобы сформировалось и отложилось новое декларативное воспоминание, ключевые области височной доли должны работать. Эти области необходимы также в случаях, когда новое воспоминание повторяется и, возможно, связывается с другой информацией. Так оно постепенно превращается в долговременное воспоминание.

• Когда работа проделана и долговременное воспоминание сформировано, необходимость в этих областях височной доли пропадает. Считается, что после этого воспоминание хранится в сложных нейронных сетях в коре мозга.

• Если гиппокамп человека будет поврежден во взрослом состоянии, другие области мозга не смогут взять на себя его функции. Никакая пластичность не поможет при утрате этих областей мозга.

• Сегодня нам известно, что клетки гиппокампа могут сигнализировать о формировании новых ассоциативных воспоминаний: в ответ на усвоение конкретных ассоциаций клетки изменяют частоту своего срабатывания. Когда вы запоминаете имя нового знакомого, группа клеток в вашем гиппокампе начинает бешено сигналить – так она реагирует на новую усвоенную ассоциацию «имя – лицо».

 

Загадка памяти

Воспоминания – это не только нейроны

 

Это случилось в среду. В Нью-Йорке начинался чудесный ясный день. К тому моменту я уже довольно давно работала в Нью-Йоркском университете и в то утро с нетерпением ждала возможности почитать свою любимую гастрономическую рубрику The New York Times – она выходила как раз по средам. Статья, посвященная всемирно известному повару Томасу Келлеру, сразу заинтересовала меня. Когда-то с родителями мне приходилось бывать в обоих пятизвездочных ресторанах Келлера – и в The French Laundry в Йонтвилле (штат Калифорния) в долине Напа, и в не менее поразительном Per Se с видом на Центральный парк в Нью-Йорке. Я ожидала увидеть забавный текст о каком-нибудь фирменном масле или редких лесных грибах, но с удивлением обнаружила, что статья – о том, как знаменитый шеф уже в зрелом возрасте восстановил отношения с отцом, который оставил семью, когда самому Келлеру было пять лет.

После этого Келлер встречался с отцом лишь изредка, и только когда повару перевалило за сорок, отец и сын познакомились по-настоящему. Им так понравилось общаться, что через некоторое время Келлер-старший переехал в Йонтвилль поближе к сыну. Оба они радовались новым отношениям, ели, пили и в полной мере наслаждались жизнью. Без сомнения, чудесная еда и великолепные пейзажи долины Напа делали их воссоединение еще более счастливым. Однако после автокатастрофы у отца Келлера парализовало ноги. Он оказался прикован к инвалидной коляске и нуждался теперь в постоянной заботе и присмотре. Келлер использовал все возможности, чтобы помочь отцу поправиться и начать новую жизнь в инвалидном кресле. Благодаря заботе сына старшему Келлеру удавалось сохранить часть своей прежней жизнерадостности еще на год. А потом он умер.

Статья получилась трогательная. Я ощущала боль, которую испытал Келлер, потеряв недавно обретенного отца.

Но сильнее всего на меня подействовали его слова, которыми завершалась статья: «В конце концов, когда мы задумываемся о том, что имеем, оказывается, что это воспоминания». Тут я заплакала.

Я плакала не только потому, что история была трагической, просто она заставила меня понять нечто важное о себе самой. Больше шестнадцати лет я изучала механику памяти и ни разу не задумалась всерьез, что воспоминания значат для меня лично. Да, я много размышляла о пациенте Г. М., о том, чего он лишился вместе с височными долями мозга. Но я не потратила и минуты на то, чтобы понять, насколько драгоценны для меня мои собственные воспоминания. Какие они? Все, что мгновенно промелькнуло перед глазами, касалось учебы, работы в лаборатории, защиты диссертаций, премий и грантов. Я вдруг поняла, что все мои недавние воспоминания – только о науке.

Но ведь у меня было детство в Калифорнии с родителями и братом. Стоило сосредоточиться, и в голове начали разворачиваться образы прошлого. Томас Келлер был прав: наши воспоминания – самое ценное, что у нас есть!

 

Потеря памяти дома

 

Травмы мозга, которые приводят к амнезии, встречаются относительно редко. Но поражение этих же областей наблюдается у пациентов, страдающих старческой деменцией и болезнью Альцгеймера. В январе, через несколько месяцев после той статьи про Томаса Келлера, мне позвонила мама. Она сказала, что папа плохо себя чувствует: он пожаловался, что не может вспомнить, как добраться до магазинчика, в котором уже тридцать лет покупает кофе. Внезапно папина память просто испарилась.

Я не невролог, но сразу поняла, что папины симптомы – не просто забывчивость, которая приходит с возрастом, когда центры памяти в мозгу постепенно начинают деградировать. Через своих стэнфордских коллег я записала отца на прием к блестящему неврологу и полетела к родителям, чтобы вместе с ними пойти на прием. Там моему отцу был поставлен диагноз «общая деменция».

Не могу передать, насколько беспомощной я себя почувствовала. Я, специалист по отделам мозга, отвечающим за память, ничего, ровным счетом ничего не могла сделать, чтобы помочь отцу. Какой прок от моего образования и научной работы, если я не в состоянии спасти папу? Это было ужасно.

Я решила, что даже если не смогу «вылечить» отцу память, все же найду способ помочь ему. По ходу дела я заодно помогла маме, да и себе тоже.

Незадолго до того злосчастного января я (примерно как Томас Келлер) стала пытаться улучшить и обогатить свои отношения с родителями. Мы никогда особенно не ссорились, но и близости между нами не было. Много лет я разговаривала с родителями только по телефону, раз в несколько месяцев. Мы просто привыкли к редкому общению. Я была слишком занята, пытаясь осуществить свою мечту и получить пожизненный пост профессора нейробиологии. А родители, мне кажется, просто считали нормальным, что с ними редко общается дочь, уверенно восходящая по карьерной лестнице (что, собственно, от нее и ожидалось).

Но, перешагнув сорокалетний рубеж, я решила, что хочу сблизиться с ними. И начала с того, что взяла за правило звонить родителям каждую неделю. Эту перемену они оба приняли с радостью. Так что и до, и после того, как у папы появились проблемы с памятью, я регулярно с ним разговаривала. После постановки диагноза папа остался папой: приятным и остроумным собеседником, который по-прежнему спрашивал меня, не видела ли я каких-то хороших бродвейских постановок, и слушал мои впечатления о новых нью-йоркских ресторанах. Он просто не мог вспомнить, что ел сегодня на обед и кто из родных на прошлой неделе приезжал в гости.

Но пути памяти неисповедимы. В один прекрасный момент, уже после папиного диагноза, я решила изменить еще одну нашу семейную «традицию». В моей японско-американской семье все и всегда были очень дружелюбны и безукоризненно вежливы друг к другу, но вот эмоции проявлять у нас было не принято. Наша семья напоминала японско-американский вариант «Аббатства Даунтон» – только без акцента, слуг и имения.

Несомненно, мама и папа всегда любили и любят нас с братом, но мы никогда не говорили: «Я тебя люблю». Культура моей семьи этого просто не предполагала. Когда мы узнали, что у папы слабоумие, я поняла, что мне хочется говорить эти слова обоим родителям. Мне хотелось (а может, это было необходимо), чтобы они знали: я действительно люблю их.

Но тут возникла проблема: я поняла, что нельзя просто начать говорить им: «Люблю!» – без всякого объяснения.

И решила, что мне придется спросить у них разрешения.

Затем я подумала: нет, погодите-ка! Я взрослая женщина, неужели мне нужно спрашивать у собственных родителей разрешения говорить им о своей любви?! Нелепость какая-то, неловкая и неудобная ситуация. Но затем я поняла, что дело не в неловкости, а в страхе: я просто боялась, что они скажут «нет». Ведь если это произойдет, я буду чувствовать себя ужасно.

С другой стороны, у меня не было другого способа выяснить, как они отнесутся к моей идее: можно было только спросить об этом. И вот одним воскресным вечером, прежде чем поднять трубку и набрать номер родителей, я долго собиралась с силами. Предполагался не обычный воскресный звонок, а звонок с «Большим вопросом». Обычно когда я звонила родителям, то сначала я разговаривала с мамой, рассказывая ей все свои новости за неделю, а затем она передавала трубку папе, и разговор практически повторялся. Набирая номер, я уже боялась, что струшу и не задам свой вопрос, поэтому я решила вести разговор в как можно более легкомысленном тоне. Я собиралась изложить свою просьбу легко, как любую другую, вроде как: «Эй, мам, что если я буду звонить по понедельникам вместо воскресений?» Именно такую стратегию разговора я выбрала. Ну не говорить же: «Эй, мам, что если мы попробуем одним махом отменить тысячи лет глубоко въевшейся японской культуры и начнем говорить друг другу “Я тебя люблю”?»

Первая часть разговора была такой же, как в любое другое воскресенье. Я спросила маму, как прошла неделя, и рассказала о своих делах. Говорила я особенно возбужденно и жизнерадостно, и где-то в середине разговора произнесла, как будто бросаясь в прорубь:

– Послушай, мам, мне тут пришло в голову, что мы никогда не говорим: «Я тебя люблю» во время телефонных разговоров. Как думаешь, может, нам начать делать это?

Повисла пауза.

По-настоящему долгая пауза.

Я затаила дыхание. Но мама наконец ответила:

– По-моему, отличная идея!

Я судорожно вдохнула и облегченно выдохнула.

Продолжая в том же легкомысленном тоне, я бодро отозвалась:

– Это великолепно!

Мы закончили разговор о том, чем занимались на неделе, и я почувствовала, как в наших голосах нарастает напряжение. Мы были похожи на двух диких кошек, которые осторожно ходят по кругу, не выпуская друг друга из вида. Но почему напряжение? Потому что обе мы понимали: одно дело согласиться сказать «Я тебя люблю», и совсем другое – действительно впервые сказать друг другу «Я тебя люблю».

Но это была моя идея, так что я взяла быка за рога и решительно произнесла:

– О’кеееей! (Иными словами, готовься, мамочка!)

– Я ТЕБЯ ЛЮБЛЮ! – произнесла я каким-то мультяшным голосом, пытаясь скрыть неловкость.

Она ответила:

– Я ТОЖЕ ТЕБЯ ЛЮБЛЮ! – точно таким же неестественным голосом.

Не буду лгать, это было очень трудно и неловко, но мы это сделали! Слава богу, главное было позади!

Я знала: если мама согласится, то папа согласится тоже. Во время разговора в тот же вечер я спросила разрешении, он сказал «да» и мы озвучили друг другу свои неловкие признания. Исторический вечер «Большого вопроса» завершился.

Закончив разговор, я должна была ощутить гордость и счастье. Так оно и было, но, положив трубку, я первым делом разрыдалась: уж очень нелегко все это далось мне. В тот вечер я впервые в зрелом возрасте сказала родителям о своей любви, и они ответили мне тем же. Тем самым мы навсегда изменили культуру своей семьи. Это было очень трогательно, и мои слезы в основном были слезами радости.

Через неделю я с облегчением заметила, что взаимное признание в любви далось нам с мамой куда легче, чем в первый раз.

Затем наступила папина очередь. Я вдруг подумала, что он может и не вспомнить наш разговор недельной давности, и была готова напомнить ему о договоренности.

Но папа удивил меня.

В тот вечер, и теперь каждое воскресенье во время нашего традиционного телефонного разговора папа первым признается мне в любви. Он запомнил.

Вы должны понять: ведь иногда он не в состоянии вспомнить, приезжала ли я погостить на Рождество или на День Благодарения. Но он никогда не забывает сказать: «Я тебя люблю» в конце телефонного разговора.

Как нейробиолог, я сразу же поняла, почему так случилось. Это прекрасный пример того, как эмоции могут возобладать над памятью. Любовь и гордость, которые отец ощутил неделей раньше, когда его дочь попросила разрешения признаваться ему в любви, – эти эмоции в тот вечер победили слабоумие и позволили ему сформировать новое долговременное воспоминание. Оно не померкло до сих пор. Когда события или информация возбуждают в нас сильные чувства, активируется мозжечковая миндалина. Сегодня мы знаем, что этот отдел мозга необходим для обработки эмоций, он же участвует в обработке воспоминаний в гиппокампе. Это доказывает, насколько сильно на самом деле взаимосвязаны эмоции и познание, или чувства и обучение.

В тот вечер мой отец сумел сформировать у себя новое долговременное воспоминание и победить слабоумие. Да и в моем мозгу память о том телефонном звонке запечатлелась на всю оставшуюся жизнь – можете быть уверены.