Герман Эббингаус, немецкий психолог, в 1880-х заучивал бессмысленные слова и измерял их запоминание

Герман Эббингаус, немецкий психолог, в 1880-х заучивал бессмысленные слова и измерял их запоминание. Эббингаус впервые задумался о памяти как физическом явлении. Но после его знаменитых экспериментов память еще добрых 80 лет оставалась наглухо закрытым «черным ящиком».

К вопросу было просто не подступиться. Ну вскрыли вы мозг крысы — там спутано между собой ни много ни мало 200 миллионов нейронов. А контактов между ними вообще столько, что и подумать страшно: число с одиннадцатью нулями.

Представьте, что Ломоносову дали процессор Intel и сказали, что вот эта штука решает любую математическую задачу за доли секунды. Сиди, Миша, разбирайся.

Чтобы понять, как работает процессор, надо сначала понять, что такое транзистор. Поэтому нужно найти такой процессор, в котором этих транзисторов будут не миллионы, а единицы. И желательно покрупнее: надо же их как-то разглядывать.

Тут-то будущему нобелевскому лауреату Эрику Канделу и подвернулись аплизии, или морские зайцы. Это такие подводные слизняки размером с большой кулак. Можно было тыкать их палочкой или бить легкими разрядами тока и наблюдать за тем, с какой скоростью они втягивают жабры. Если, например, аплизию ткнуть и одновременно ударить током, то она перепугается и втянет жабры очень резко. Но тут происходит самое интересное: аплизия запоминает, что палочка и ток связаны между собой. Если теперь ток отключить и просто тыкать аплизию палочкой, то какое-то время она будет нервно дергаться, как будто сейчас дадут разряд. Примитивное, но поведение, простейшая, но память.

Если мышиный мозг — это процессор Intel, то мозг аплизии — это калькулятор «Искра». У ученых впервые появилась возможность разглядеть детали: измерить взаимодействия между отдельно взятыми нервными клетками, проследить за тем, как эти взаимодействия меняются при обучении, а со временем — докопаться до молекулярной сути происходящего. Аплизия стала для нейробиологии тем, чем дрозофила стала для генетики.

В чем заключается память на уровне отдельно взятой нервной клетки? К середине прошлого века существовало несколько версий.

Кто-то считал, что в процессе обучения определенные нейроны окружают себя особыми электрическими полями или химическими веществами и так изменяют свои свойства — в этом заключается «запись» информации. Кто-то полагал, что обучение приводит к изменениям в генах — в те годы не было ничего моднее ДНК. Кто-то и вовсе был убежден, что никакой записи на самом деле нет: есть просто замкнутые цепи нейронов, которые постоянно гоняют по кругу тот или иной сигнал. Примерно так же, как мы повторяем под нос телефонный номер, чтобы донести его до записной книжки.

Но оказалось иначе. Запоминание у аплизии, как выяснил Кандел и его коллеги, меняет не нервные клетки в целом, а контакты между ними, также известные как синапсы.

Каждый нейрон может быть связан с тысячами других. Такие связи, или синапсы, закладываются в детстве и сами по себе никакой информации не содержат — так по крайней мере считал в 1970-х Кандел. Но синапсы неравнозначны: какие-то из них «сильные», какие-то — «слабые».

Синапс — это не просто соединение проводов: нейроны друг с другом не соприкасаются. Синапс — это щель, пространство между отростками двух клеток: посылающей сигнал и принимающей его.

когда электрическое возбуждение доходит до отправляющего отростка, тот выбрасывает в щель сигнальные молекулы — нейротрансмиттеры. Чем выше частота возбуждения, тем больше молекул выбрасывается.

Через несколько мгновений нейротрансмиттеры доплывают до противоположной, принимающей стороны. Когда их становится много, они активируют нервный импульс в принимающей клетке.

Получается, что синапс — эдакий питерский двор-колодец. В окне с одной стороны пытаются привлечь внимание кого-то с другой стороны. Кричат, кидают камни. Окно, в которое камни летят, может быть маленьким или большим, плотно зашторенным или раскрытым настежь. Изменениями формы и состояния «окон» и определяется канделовская «сила» синапса — тогда как непосредственные действующие лица по обе стороны «двора» остаются теми же самыми.

При обучении претерпевают изменения не сами связи между нейронами — меняется сила уже существующих связей. Канделу удалось показать, что запоминание информации (в случае аплизии — о том, как и чем ее только что ткнули) приводит к облегченной передаче сигнала между одними и теми же нейронами.

По-видимому, это основополагающий принцип организации любых нервных систем. Природой определено, с кем нейрон общается, но не определено, кого он больше любит. Когда по нервной клетке пробегают электрические волны, они передаются не всем соседям сразу, а преимущественно тем, с которыми установлен крепкий контакт.

Как можно укрепить контакт? Надо его активно использовать. При обучении или запоминании одни и те же нейроны активируются несколько раз подряд — будь то заучивание стихов, запоминание крысой лабиринта или аплизией — тыканья.

Представьте, что пытаетесь запомнить что-нибудь из Пушкина, повторяете в голове строчку за строчкой. Допустим, что при этом клетка, отвечающая за фразу «день чудесный», активируется клеткой «мороз и солнце» (на самом деле, конечно, на запоминание такой фразы нужны сотни нейронов, но смысл от этого не меняется).

Клетка «день чудесный» обращает внимание, что сигнал поступил через окно с «морозом и солнцем». С той стороны двора живет «день чудесный». Надо раздвинуть шторы: вдруг опять объявится.

И действительно, вы продолжаете долбить свой школьный курс третьего класса. Тот же самый «мороз и солнце» активируется снова и снова. Но теперь «день чудесный» уже внимательно смотрит в нужное окно и срабатывает, как только завидит в «морозе» первые признаки активности. Эрик Кандел берет два электрода и регистрирует увеличение проводимости между нейронами, отвечающими за две фразы. В этом заключается краткосрочная память, продолжающаяся несколько минут.

Если теперь перестать подавать сигнал через «мороз и солнце», то связь быстро ослабнет. Принимающая клетка задернет шторы и пожмет плечами: ну, мороз и солнце, мало ли какие еще чудесные дни бывают.

Но если продолжить обучение, то начинается самое главное. Шторами дело не ограничивается. Синапс продолжает работать. «День чудесный» шлет депешу в центр, в ядро собственного нейрона: в окне с «морозом и солнцем», мол, развернулась бурная деятельность — пришлите плотников, чтобы прорубили окно побольше. В ответ на это ядро поднимает целую ораву сигнальных белков, которые начинают раздавать направо и налево указания. В результате плотники приходят в синапс, и окно между «морозом и солнцем» и «днем чудесным» увеличивается. Кандел своими электродами, воткнутыми в морского зайца, регистрирует долгосрочное усиление синапса. Так формируется память, которая длится от нескольких часов до многих лет.

Главный постулат школы Кандела состоит в том, что память — это просто слово, обозначающее усиление синапсов.

Строго говоря, это не доказано. И даже, скорее всего, неверно. Сегодня, например, точно известно, что обучение не только усиливает старые синапсы, но и вызывает появление новых. Да и сами нервные клетки, как стало понятно в последние годы, могут возникать даже у взрослых людей. Скорее всего, есть и другие механизмы, участвующие в запоминании.

И все-таки теорию Кандела в целом, как дающую представление об основах функционирования нервной системы, сегодня принимает подавляющее большинство нейробиологов. В каком-то смысле идеи Кандела в нейробиологии аналогичны теории Дарвина в биологии вообще: многие ее аспекты давно устарели, многие были известны задолго до «Происхождения видов», но в целом именно Дарвин задал науке то глобальное направление, в котором она движется до сих пор.

Из модели, в которой долгосрочная память равнялась перестройке синапса, следовал любопытный вывод.

Как представлял себе «прорубание окна» Кандел? Плотники из ядра пришли в синапс, прорубили широкое окно, ушли. Все работает как раньше, только более эффективно.

Выходит, чтобы долгосрочную память стереть, окно надо заделать — перестроить синапс обратно, вызвать других плотников, которые потратят кучу энергии и заделают то, что наломали первые.

Короче говоря, забыть прочно запомненное, считал Кандел, можно, только физически перестроив мозг.

То есть «стереть» память — отключить ее, как нейралайзером в «Людях в черном», — невозможно. По Канделу, отключать просто нечего: память — это не «что», а «как».

Комментарии: