Помоги проекту - поделись книгой:
В настоящее время получен еще ряд экспериментальных фактов, которые полностью не укладываются в рамки теории консолидации. Было обнаружено, что амнезирующий эффект в виде ретроградной амнезии иногда наступает не сразу, а через несколько часов после травмирующего воздействия, в то время как амнезия, связанная с нарушением процесса консолидации, должна проявиться сразу же после травмы вследствие прерывания этого процесса и распада еще не успевших консолидироваться следов. Признание же фазы консолидации в процессе формирования следа памяти исключает влияние времени на возникновение амнезии.
Оказалось также, что при повторном обучении или выработке условного рефлекса, как будто бы полностью забытого вследствие воздействия электрошока, новый навык становится устойчивым к его действию, независимо от времени воздействия. Несомненно, это должно указывать на существование долговременного следа, сформировавшегося при первичном обучении, но остававшегося до повторного обучения в недоступном для произвольного воспроизведения состоянии.
Определенное значение среди описанных фактов имеет феномен «напоминания», когда действие безусловного раздражителя, например пищи, в совершенно незнакомой для животного обстановке приводит к устранению амнезии и воспроизведению навыка, заученного до электрошока. Этот факт также можно объяснить только сохранением следов ранее заученного навыка. Такого рода данные получены Р. И. Кругликовым.
С позиций теории консолидации не совсем понятны и некоторые клинические факты, например, наблюдаемые при эпилептических припадках насильственные воспоминания событий, которые непосредственно предшествовали травме, обмороку и другим повреждающим мозг факторам. В связи с этим соответствующие следы не могли быть, по-видимому, закреплены и переведены в долговременную память.
Все это заставляет думать, что основу ретроградной и, может быть, антероградной амнезии составляет не разрушение следа, а какие-то другие факторы, связанные с формой хранения информации. Из этого следует, что все виды амнезии, и в первую очередь ретроградная амнезия, являются следствием нарушения процессов, ответственных за воспроизведение образовавшегося следа. Это должно означать, что ретроградная амнезия после амнезирующих воздействий обусловлена не разрушением формирующегося следа, а повреждением аппаратов его воспроизведения, либо переводом следа в подпороговое, недоступное для сознательного воспроизведения, состояние.
Приведенные факты дают основание считать, что формирование следа памяти является почти мгновенным процессом, и, следовательно, понятие кратковременная память, отражающее согласно теории консолидации период закрепления следа, должно получить другую интерпретацию. Имеющиеся наблюдения заставляют считать недоказанным наличие фазы консолидации следа, и в таком случае к кратковременной памяти может быть отнесена только «мгновенная» память, существующая в течение секунд и не имеющая отношения к закреплению следа в долговременной памяти. Однако, несмотря на приведенные возражения, гипотеза консолидации следа пока лучше других согласуется с основными экспериментальными и клиническими фактами.
Где же хранятся следы памяти?
Первые попытки выяснить это были направлены на изучение эффектов, возникающих при удалении различных областей коры головного мозга, поскольку функциональное значение корковых структур связывалось со сложными психическими функциями, прежде всего с мыслительными процессами и анализом поступающей информации. Но ни очаговые поражения корковых структур, достаточно часто наблюдаемые в клинической практике, ни многочисленные перерезки и удаления различных корковых зон, проведенные американским ученым Лешли «в погоне за энграмой» (в поисках следа памяти), не приводили к выраженному дефекту памяти. В связи с отрицательными результатами многолетних опытов Лешли пришел к выводу о невозможности точной локализации следов памяти в каких-нибудь изолированных участках коры и о равнозначности в этом отношении всех ее областей.
Опыты зарубежных ученых Р. Сперри и Я. Буреша, проведенные на животных с так называемым «расщепленным мозгом», т. е. в условиях полного хирургического разделения полушарий путем срединной перерезки, в некоторой степени приблизили нас к решению вопроса о месте хранения следов, связанных с навыками различения. Экспериментаторы пришли к выводу, что такого рода следы памяти прежде всего находятся в коре больших полушарий. Опыты проводились на кошках, которых предварительно обучали некоторым видам зрительного различения. В камере с двумя дверцами на одной вывешивались круг, а на другой — квадрат. Кошку обучали открывать дверцу только с кругом. Существенную роль в опыте играла повязка, позволявшая подопытному животному видеть только одним глазом. Закрыв кошке правый глаз, ее обучали различать эти две фигуры. Как только животное обучалось делать правильный выбор, повязку перемещали на другой глаз. В опытах с нормальной кошкой не было различия в результатах, хотя при обучении использовался только один глаз. Затем Сперри отделял у кошек одно полушарие от другого путем перерезки связей, проходящих через мозолистое тело и некоторые другие группы волокон. Одновременно он перерезал зрительный перекрест, чтобы обеспечить поступление информации из правого глаза только в правое полушарие, а из левого глаза — в левое.
На этот раз результаты поразительно отличались от прежних. Кошка с расщепленным, или раздвоенным мозгом, обученная почти безошибочно различать фигуры с помощью левого глаза, после перемещения повязки вела себя так, как будто попала в эту ситуацию впервые. Следовательно, никакого переноса навыка из одного полушария в другое не происходило. Животных с раздвоенным мозгом удавалось обучить даже одновременно двум противоположным навыкам, предъявляя разные фигуры правому и левому глазу и, следовательно, адресуя их в разные полушария мозга. Аналогичные исследования проводились с введением информации не только через зрительные пути, но и через слуховые, обонятельные и другие анализаторы. Опыты ставили и на других животных, в том числе на обезьянах.
Во всех опытах на животных с расщепленным мозгом выявлялась независимая работа каждого полушария. Оказалось, что опыт, приобретенный до операции, проявился в деятельности обоих полушарий, тогда как опыт, полученный после перерезки в условиях изолированного обучения одного полушария, выявился только соответствующим полушарием (рис. 5). Полученные результаты могут быть поняты только в том случае, если мы предположим, что благодаря связи между полушариями через мозолистое тело происходит либо дублирование, либо просто сравнение следов памяти, поступающих в кору одного полушария, со следами, хранящимися в коре другого. Опыты Сперри и его коллег убедительно показали, что благодаря связи между полушариями через мозолистое тело действительно происходит дублирование следов в обоих полушариях, так как в условиях «расщепленного мозга» выработанные ранее следы были представлены в каждом полушарии.
Рис. 5. Схема препарата расщепленного мозга
Последующие опыты этой школы исследователей с удалением значительных областей мозговой коры после обучения показали, в какой именно части ее хранятся эти следы. Так, кошек с «расщепленным мозгом» обучали навыку различения, заключавшемуся в том, что они должны были нажимать левой передней лапой на один из двух рычагов — с гладкой и шероховатой поверхностью. После этого у них удаляли всю кору правого полушария, связанного с левой половиной тела, кроме чувствительной и двигательных ее зон, необходимых для осуществления этого навыка. Оказалось, что оставшаяся кора способна обеспечить отличное выполнение усвоенного акта; животные могли также обучаться новым аналогичным навыкам с помощью той же левой лапы. Таким путем Сперри удалось ограничить возможную локализацию следов памяти для этих навыков определенной зоной — в данном случае сенсо-моторной, чувствительно-двигательной корой соответствующего полушария, связанной как с восприятием чувствительных импульсов от левых конечностей, так и осуществлением двигательной программы выработанного навыка.
К таким же выводам пришел чешский нейрофизиолог Я. Буреш, пользуясь совершенно другим методом исследования. Буреш назвал свой метод обратимой декортикацией. Смачивая обнаженный мозг раствором хлористого калия, он вызывал явление, называемое распространяющейся депрессией, которое приводило к обратимой инактивации, т. е. выключению обработанного таким путем участка коры. С помощью этого метода Бурешу удавалось на протяжении нескольких часов выключать целое полушарие мозга. Так, при воздействии хлористым калием на кору обоих полушарий животное теряло способность решать даже простые задачи. Но при выключении коры лишь одного полушария оно сохраняло нормальные способности. У крыс вырабатывались простые навыки в период, когда одно полушарие было отключено. На следующий день инактивировали другое полушарие и пытались заставить животное выполнять усвоенную задачу. Оказалось, что никакого переноса следов памяти не происходило, и обучение надо было начинать сызнова.
Во время обучения перенос следов происходит лишь тогда, когда животное несколько раз повторяет усвоенную задачу. Только в этом случае при последующем выключении «обученного» полушария второе полушарие тоже оказывается «обученным».
Из опытов Буреша был сделан вывод, что перенос навыков в нормально функционирующем мозгу не может совершаться вне обучения, а осуществляется только благодаря переносу навыков во время «повторений».
Продолжая исследования, Буреш нашел, что небольшой участок коры можно предохранить от инактивации с помощью раствора магния. Таким способом он смог оставить в отключенном полушарии островок деятельной ткани, что позволило провести следующий опыт. Он отключал у крысы кору одного полушария и заставлял животное обучаться новому навыку с использованием другой половины коры. Спустя один-два дня после полного восстановления нормального состояния Буреш инактивировал всю «обученную» половину коры кроме избранного участка, защищенного хлористым магнием, и испытывал способность производить выработанное ранее действие. Полученные результаты согласовались с данными Сперри. Если выработанный навык был связан с употреблением правой лапы, то защита сенсо-моторной (ведающей функциями ощущения и движения) области левого полушария приводила к сохранению соответствующих следов памяти: животное было способно производить усвоенные действия. Но если ранее был выработан навык, требовавший зрительного различения формы или опознания звуков по слуху, то защита одной только сенсо-моторной области оказывалась недостаточной; в этом случае необходимо было предохранить от инактивации зрительные или слуховые зоны.
Таким образом, полное прекращение переноса приобретенного опыта, которое имело место у животных с «расщепленным мозгом», явилось доказательством в пользу корковой локализации следов памяти, связанных с навыками различения. Эти исследования позволяют, кроме того, считать, что следы памяти для сложных навыков, связанных со зрительным, слуховым и другими видами различения, хранятся в тех областях коры, которые принимают непосредственное участие в выработке данного навыка, т. е. соответственно в зрительных, слуховых и сенсо-моторных областях коры. В нормальных условиях функционирования мозга система связей через мозолистое тело обеспечивает запись идентичных следов в обоих полушариях мозга.
При обсуждении вопроса о локализации следов памяти следует иметь в виду, что в научении и воспроизведении прошлого события в большинстве случаев принимает участие не один какой-либо воспринимающий канал, например, зрение: чаще всего запоминаемый предмет мы видим, слышим и осязаем. Следует думать, что должны существовать связи между различными местами хранения следов отдельных элементов данного воспоминания. Связи эти, возможно, обеспечивают временную синхронизацию записанных в памяти следов при их воспроизведении. Это хорошо согласуется с результатами экспериментов, которые показывают, что некоторые следы памяти относительно хорошо сохраняются даже при обширных повреждениях мозга.
Интересные данные получены школой академика И. С. Бериташвили в экспериментах на собаках. У животных производилось двустороннее удаление корковых областей слуховых и зрительных зон, связанных с анализом поступающей информации, и последующая выработка пищевых навыков. Опыты подтвердили роль корковых зон в процессах хранения следов памяти только на соответствующий раздражитель. Было показано также, что наиболее важное значение для сохранения в памяти воспринятых пищевых объектов имеют передние отделы коры, точнее, лобные, или префронтальные, отделы коры. Двустороннее удаление их приводит к общим нарушениям образной памяти независимо от характера предъявленного раздражителя. Можно полагать, что височные доли мозга являются общей ассоциативной зоной для зрительного, слухового и вестибулярного восприятия, а также обонятельного и вкусового. Значение височных долей для функции памяти убедительно показал Пенфилд, раздражая их электрическим током.
Все эти данные определенно указывают на существование специфических нейронных схем для записи прошлых событий.
Экспериментальные данные дают, кроме того, некоторые основания считать, что процессы обучения обеспечиваются, по-видимому, и стволовыми структурами мозга. Об этом свидетельствуют опыты Сперри на обезьянах с раздвоенным мозгом, которые должны были при появлении одного зрительного раздражителя тянуть на себя более шероховатый из двух рычагов, а при появлении другого — более гладкий рычаг. Обезьян приучали тянуть за рычаг не той рукой, которой управляет полушарие мозга, получающее зрительную информацию, а другой, контролируемой изолированным от всякой зрительной информации полушарием. Несмотря на полный разрыв прямых связей между полушариями, животные научались выполнять эту задачу, требующую координации различных раздражителей. Следовательно, осязательная и зрительная функции, осуществляемые разными полушариями, координировались каким-то подкорковым отделом, скорее всего на уровне ствола мозга. Поскольку структуры, несущие координирующую функцию, должны иметь тесные связи с каждой из специфических областей, участвующих в обучении, можно думать о ведущей роли в этом процессе ретикулярной формации верхних отделов ствола мозга.
Имеются также данные, которые позволяют считать, что следы менее сложных навыков локализуются, вероятнее всего, в стволе мозга, так как после удаления коры мозга (декортикации) у животных остается способность к выработке и сохранению следов. Известный латиноамериканский нейрофизиолог Э. Пеон установил, что кошка после удаления коры мозга может научиться поднимать лапу, чтобы избежать электрического удара после предупредительного звукового сигнала.
По-видимому, способность памяти фиксировать следы присуща вообще всем нейронам центральной нервной системы. Об этом свидетельствуют известные опыты американского исследователя Т. Чемберлена с обучением животных после отделения у них головного мозга (так называемым «спинальным» обучением). Исследователь показал, что удаление половины мозжечка вызывает возникновение четкой асимметрии позы задних конечностей. Важно, что существование вызванной таким путем асимметрии позы в течение определенного времени (от получаса до часа) сопровождалось стойким сохранением ее и после отделения спинного мозга от головного. Это значит, что в нейронах спинного мозга происходит фиксация каких-то функциональных сдвигов.
Спустя 5 лет аналогичные опыты произвели Л. П. Латаш и Л. И. Тихомирова, которые также выявили у оперированных животных четкую асимметрию спинальных рефлексов. Если асимметрия, как и в предыдущих опытах, существовала определенное время (свыше 20―30 минут), то последующая перерезка спинного мозга на границе грудного и поясничного отделов не приводила к ее исчезновению. Если же перерезку производили раньше, то она устраняла возникшую асимметрию ответов. Таким путем еще раз было показано, что нейроны спинного мозга способны фиксировать некоторые функциональные изменения и что для закрепления изменений на длительный срок необходим определенный интервал времени.
Мы изложили основные экспериментальные факты, касающиеся вопроса о том, где, в каких структурах мозга хранятся следы памяти. Далее встает вопрос о возможной локализации стойких изменений, лежащих в основе следа памяти, уже на клеточном уровне.
Рис. 6. Схематическое изображение нейрона
Рис. 7. Детали строения нейрона
В настоящее время высказываются взгляды на неравнозначность для механизмов памяти нейронов коры мозга. На основании изучения структурных особенностей нейронов С. А. Саркисов выдвинул положение об особой роли в следовых процессах звездчатых клеток коры больших полушарий, имеющих отношение к формированию образа.
Хотя все исследователи согласны с тем, что формирование следа памяти связано с изменениями на нейронном уровне, однако пока еще не известно, какие структурные образования нейрона имеют к ним непосредственное отношение. Большинство ученых склонно думать, что основным элементом памяти является не весь нейрон в целом, а места его контакта с другими нейронами и их отростками — синапсы, расположенные на теле и на коротких ветвящихся отростках каждого нейрона, называемых дендритами (рис. 6, 7).
Это предположение кажется наиболее вероятным, так как среднее число синапсов на каждом нейроне может достигать тысячи. Следовательно, число элементов памяти в каждом нейроне огромно, что в бо́льшей степени может обеспечить требуемую емкость памяти.
Предположение о том, что основную роль в процессах памяти играют синапсы, подтверждается значительными изменениями в числе и расположении дендритов в процессе роста животных и человека, и особенно в первые годы жизни, когда приобретается огромный индивидуальный опыт. Сравнение нейронов и их отростков у человека в различном возрасте показывает, что значительно меняется количество дендритов в течение раннего периода развития. Относительный объем тел нейронов уменьшается, а объем дендритов увеличивается; поверхность дендритов возрастает, тогда как поверхность тел нейронов остается почти постоянной начиная с грудного возраста. Эти исследования, несомненно, указывают, что дендриты, разветвленность которых с годами сильно возрастает, имеют важное значение и, возможно, становятся базой для приобретения индивидуального опыта.
Близкие к этим данные получены при исследовании нервной системы в процессе эволюции животного мира — в филогенезе. Сравнительные исследования показывают, что структура нейрона и химические процессы в них меняются на протяжении эволюции очень незначительно. Основной признак, претерпевающий наиболее четкое развитие, — сложность и возрастающее количество связей между нейронами, а также увеличение их разнородности (гетерогенности). В настоящее время выявлено чрезвычайное разнообразие межнейронных связей и контактов между любыми частями нейронов. Особое значение имеют, по-видимому, шипики на дендритах. Эти образования представляют собой наиболее специализированные структуры, которые появляются только на определенном уровне эволюции мозга. Форма шипиков изменяется в связи с расширением и усложнением их функционального назначения. При определенных условиях в нервных центрах обнаруживается рост ответвлений и от длинного отростка нейрона — аксона. Возможно, что один из стимулирующих факторов роста — повышение функции в том или другом нервном центре. По-видимому, так можно объяснить усиление синтеза белка и нуклеиновых кислот, в частности рибонуклеиновой кислоты — РНК — в тренируемых нейронах. (Более подробно на этих исследованиях мы остановимся в разделе о биохимических теориях памяти.) Если даже рост происходит со скоростью, не превышающей времени восстановления периферического нерва, то и тогда, как указывает Г. Д. Смирнов, за 10 минут могут образовываться волокна протяженностью 30 ммк. В масштабах организации нервных центров это величина значительная.
В объяснении характера происходящих изменений возможны три варианта: образование новых синапсов, включение нефункционирующих синапсов и изменение их функциональных свойств. Наиболее признаны теории, связанные с изменением функциональных свойств синапсов. Согласно теории проторения путей память объясняется повышением проводимости синаптических межнейронных контактов. Прохождение импульсов через синапсы облегчается тем, что импульсы уже ранее циркулировали по синаптическим путям. Это приводит к изменению физических, скорее всего электрических, характеристик синаптических пластинок. Изменение синапсов, их гипертрофия при функционировании доказаны экспериментально. Можно полагать, что гипертрофия синапсов сопровождается повышением их функциональной активности. Такого рода «синаптическое облегчение», по-видимому, лежит в основе и условных рефлексов. Некоторые нервные пути существуют от рождения.
Мозг состоит из нервных и глиальных клеток. В последние годы все более и более серьезное внимание обращается на роль клеток нейроглии в функциях мозга и, в частности, в процессах памяти. Этих клеток в 10 раз больше в мозгу, чем нейронов. Они занимают большую часть объема мозга и находятся в теснейшем соприкосновении с нейронами, заполняя промежутки между ними. Ранее им приписывалась лишь «подсобная» роль. В настоящее время накоплено много фактов, которые свидетельствуют об активном участии нейроглии в реакции мозга. По мнению американского нейрофизиолога Р. Галамбоса, глия «указывает нейронам порядок и последовательность их действия» и может влиять на их возбудимость. Учитывая способности глии размножаться и таким образом увеличивать синтез белка, а также отвечать более длительными электрическими сдвигами, Галамбос приписывает нейроглии функцию хранения информации.
Другие ученые приводят доводы в пользу того, что некоторые процессы переработки информации в мозгу обусловлены способностью глиальных клеток изменять проводимость электрического тока к отдельным участкам нейронов, в частности в области дендритов. Возможно, в этом и проявляется функция памяти.
С помощью микроэлектродной техники удалось, например, установить, что во время раздражения отдельных нейронов повышение синтеза РНК происходит в первую очередь в глиальных клетках и идет параллельно числу посылаемых импульсов. При использовании веществ, тормозящих синтез РНК, глиальный синтез уменьшается по сравнению с нейронным. На основании этих данных можно сделать вывод, что глиальные клетки более чувствительны к воздействиям, связанным с обучением. Опыты по содержанию животных в «обогащенной», т. е. богатой информацией, среде и в «обедненной» среде, почти лишенной какой-либо информации, выявили увеличение массы коркового вещества у животных первой группы главным образом за счет элементов глии и подтвердили представления о повышенной их чувствительности.
Удалось также экспериментально показать, что импульсы возбуждения, приходящие в кору головного мозга, вызывают изменение активности не только нейронов, но также и клеток нейроглии. Аналогичные результаты получены американскими исследователями в опытах с внутриклеточным отведением биопотенциалов.
С функцией нейроглии связано образование миэлиновых оболочек на волокнах центральной нервной системы, которые имеют огромное значение для эффективного проведения возбуждения через синапсы. На это указывают и данные филогенеза. У низших позвоночных, например у миноги, нейроглия слабо дифференцирована, и отсутствует миэлиновая оболочка на нервных волокнах. У этих животных нельзя выработать условных рефлексов, в то время как у костистых рыб условные рефлексы легко вырабатываются. Единственное отличие миноги от костистых рыб состоит в отсутствии дифференцированных клеток нейроглии и миэлиновой оболочки на нервных волокнах. Таким образом, появление в восходящем ряду позвоночных способности к образованию условных рефлексов совпадает с дифференциацией нероглии.
Миэлинообразовательная деятельность клеток нейроглии, которая сохраняется и в зрелой нервной системе, стимулируется изменением заряда клетки нейроглии под влиянием нервного возбуждения. Об этом свидетельствуют двигательные реакции клеток, возникающие в течение секунд при добавлении в их среду ионов калия. Мгновенные двигательные реакции сопровождаются выпячиванием клеток нейроглии и ростом отростков, которые тут же закручиваются вокруг расположенных рядом с ними нервных волокон. Мгновенная реакция клеток нейроглии на приходящие нервные импульсы — важный объективный факт, подтверждающий предположение об участии нейроглии в осуществлении функции памяти. Изменение заряда в клетках нейроглии происходит скорее всего под влиянием ионов калия, выделяющихся из возбужденных нервных клеток. Есть основание полагать, что этот процесс происходит и под действием химических передатчиков нервного возбуждения — медиаторов, осуществляющих передачу нервного возбуждения. Последние выделяются отростками нервных клеток в области пресинаптических окончаний, попадают в синаптическую щель и таким образом обеспечивают проведение нервных импульсов.
Согласно данным морфологии, пресинаптические волокна в коре головного мозга в основном «голые» и только 1/8 часть покрыта миэлином, который, благодаря более быстрому проведению возбуждения на этом участке, создает условия для прохождения большего количества электричества. В результате выделяется большее количество медиатора и, следовательно, обеспечивается лучшее функционирование синапса. Основываясь на изложенных фактах, тбилисский ученый А. И. Ройтбак выдвинул гипотезу, согласно которой немиэлинизированные синапсы не функционируют, а только отражают потенциальные возможности мозга. Включение их в нервную деятельность в процессе выработки условного рефлекса и обучения связано с активацией нейроглии. В результате происходят миэлинизация пресинаптических волокон и лучшее функционирование синапсов, принимающих участие в этом процессе.
Согласно этой интересной гипотезе, возникшей на основе объективных данных, обучение сводится к процессу миэлинизации нервных волокон, который и обеспечивает фиксацию пережитого опыта. Такое представление, однако, несколько упрощает имеющиеся сложности в проблеме памяти и трудно согласуется с необычайной пластичностью нервной системы.
Мы рассмотрели современные нейрофизиологические представления, касающиеся процессов регистрации и хранения информации, возможной локализации следов памяти на макро- и микроскопическом уровне и подошли к самому трудному — к вопросу о механизмах воспроизведения информации.
Механизм воспроизведения, осуществляющий организацию поиска следа и извлечение хранимой информации, пока еще мало изучен. Приведенные выше данные о чрезвычайной прочности долговременных следов памяти позволяют предполагать, что нарушения памяти чаще всего обусловлены невозможностью их извлечения. Об этом же свидетельствует наблюдаемое нередко в повседневной жизни временное забывание отдельных событий. По-видимому, успех процесса воспроизведения в значительной степени обусловлен нормальной организацией запечатления следов. Вследствие же его нарушения иногда невозможно найти «адрес хранения» следа и его извлечение.
Клинические наблюдения и данные эксперимента заставляют считать, что в осуществлении процесса воспроизведения принимают участие глубинные лимбико-ретикулярные структуры мозга, т. е. те же структуры мозга, которые имеют непосредственное отношение и к регистрации следов памяти. Так, у больных с двусторонним поражением структур гиппокампова круга помимо нарушения кратковременной памяти, как правило, наблюдается выпадение памяти на прошедшие события — ретроградная амнезия, которая представляет собой в основном нарушение процессов воспроизведения. Этот вид амнезии охватывает события, которые были нормально восприняты, длительно сохранялись и даже повторно воспроизводились. Следовательно, в данном случае речь может идти скорее всего о нарушении воспроизведения событий, поскольку их сформированные следы сохраняются в мозгу, по-видимому, всю жизнь. Прямым доказательством высказанного положения является обратимость ретроградной амнезии с полным восстановлением забытых событий.
Анализ клинических фактов свидетельствует об определенной роли структур гиппокампова круга в процессах воспроизведения.
Эксперименты американского нейрофизиолога Р. Бикфорда и его сотрудников с электрической стимуляцией глубинных отделов мозга, расположенных в височной доле, выявили у больных аналогичные нарушения памяти на прошедшие события, которые также носили обратимый характер и, следовательно, были связаны с расстройством воспроизведения. При этом установлено, что, чем длительнее раздражение височных структур, тем продолжительнее период амнезии. Так, воздействие тока в течение одной секунды вызывало выпадение памяти на несколько минут, в то время как 10-секундная стимуляция нарушала память на несколько недель. Эти данные показали прямую зависимость между длительностью выключения височных структур мозга и продолжительностью нарушенного воспроизведения. Они явились убедительным подтверждением клинических наблюдений о роли глубинных структур височных долей в организации процесса воспроизведения. Тем не менее объяснение полученных данных представляет значительные трудности, поскольку воспроизведение событий нарушается в течение ограниченного периода времени. В связи с этим нельзя говорить о расстройстве каких-то общих механизмов воспроизведения.
При обсуждении вопросов, касающихся процесса воспроизведения, особый интерес представляют упомянутые выше исследования У. Пенфилда, который при раздражении электрическим током корковых областей височных долей мозга вызывал яркие воспоминания о прошлом. Исследования Пенфилда с несомненностью указывали на связь этого явления с активацией следов памяти и вызвали большой интерес к функциональной значимости корковых областей височной коры. Более детальный анализ наблюдения показал, что воспоминания прошлого возникали при раздражении нижнего края одной из височных долей только у больных, страдающих эпилептическими припадками. Опыты Пенфильда дают основание говорить о возможности возникновения этого явления лишь при снижении нормального порога возбудимости, и в частности снижения порога активации следов памяти. Пенфилд отмечал, что при височной эпилепсии яркие воспоминания прошлого возникали во время припадка, обусловленного поражением тех же височных структур, без их искусственной стимуляции.
Вызванные таким путем воспоминания, как правило, воспроизводили реальные события прошлого. Но обычно это были воспоминания, на которых больной не фиксировал свое внимание: воспроизводимые эпизоды чаще всего не содержали в себе ничего значительного. Возможность воспроизводить через длительное время как будто бы прошедшие мимо и не запомнившиеся эпизоды прошлого со всеми их незначительными подробностями позволяет думать, что в мозгу записываются и хранятся все события, которые проходят перед нами. Во всяком случае, хранится значительно больше того, что мы способны произвольно вспомнить.
Воспроизведение событий прошлого, вызванных электрической стимуляцией, характеризуется яркостью; этим они отличаются от образов обычной памяти. По Пенфилду, «больные никогда не рассматривали возникавшие переживания как воспоминание. Скорее, это значило для них слышать или вновь видеть, т. е. снова переживать мгновения прошлого». Тем не менее больной не теряет при этом связи с настоящим. Важно отметить, что раздражение других корковых зон, помимо височной, не приводило к подобному эффекту. Тот факт, что определенные корковые отделы височной доли — единственная область коры, электрическое раздражение которой вызывает образы памяти, позволил думать об особом ее функциональном назначении в процессе воспроизведения. По-видимому, эта область мозга — единственный корковый путь к следам прошлых событий, и, возможно, к записи следов памяти. Из полученных данных не следует, однако, заключение о том, что запись событий должна происходить именно в височной части коры, так как удаление одной височной доли не вызывает расстройств памяти.
Для процесса воспроизведения важное значение имеет функциональное состояние нервной системы. В этом отношении представляет большой интерес явление так называемого диссоциированного обучения. Оно заключается в том, что у животных при различном состоянии центральной нервной системы могут быть выработаны независимые условные рефлексы. Успешное припоминание навыка становится возможным только в том состоянии мозга, в котором производилась их выработка. У животного возникают как бы разобщенные состояния, при которых воспроизводятся различные условные рефлексы: проявление условного рефлекса в одном состоянии не влияет на воспроизведение его в другом.
Это явление, изучаемое А. Н. Черкашиным и его сотрудниками в Институте биофизики АН СССР, можно продемонстрировать в следующем эксперименте. Крыс в нормальном состоянии обучали передвигаться в лабиринте в правую камеру, а в левую — после введения некоторых химических веществ, например, аминазина, изменяющего функциональное состояние мозга. Химическое вещество переводило животное в новое функциональное состояние и устраняло ранее выработанные навыки.
С точки зрения диссоциированного обучения можно, по-видимому, понять нарушение репродукции хорошо заученных фактов в состоянии сильного эмоционального возбуждения, обусловленного влиянием на центральную нервную систему гормональных факторов, изменяющих функциональное состояние мозга. Факт диссоциированного обучения находится в некотором противоречии с многочисленными данными о сохранении условных рефлексов, выработанных под влиянием различных фармакологических веществ, даже после окончания их действия.
Необходимо дальнейшее изучение этого интересного явления, которое является хорошей моделью для анализа механизмов записи и считывания информации, а также влияния на них различных химических веществ.
Уровень бодрствования несомненно оказывает влияние на отдельные фазы памяти, в том числе и на процесс воспроизведения. Известно, что для восприятия необходим какой-то минимальный уровень бодрствования: в период сна и в бессознательном состоянии восприятие невозможно. Нормальное протекание переработки уже воспринятой информации не зависит от состояния сна и бодрствования. Напротив, оптимальные условия для воспроизведения наблюдаются при низком уровне бодрствования или при его отсутствии: во сне, гипнозе, во время барбитурового наркоза.
Не менее важным фактором, влияющим на память, и в частности на процесс воспроизведения, как уже указывалось, является состояние эмоциональной сферы. Практика показывает несомненную роль эмоций в процессах обучения и запоминания.
Хорошо известно, что вся поступающая в течение жизни информация не может быть усвоена и извлечена из памяти, а оперируем мы только тем, что имеет определенную значимость. Такая сортировка и отбор информации по значимости обеспечиваются включением аппарата эмоций. Клинические исследования подтверждают существующую в норме тесную функциональную связь памяти и эмоций и дают яркие примеры нарушений памяти, возникающих на базе первичных эмоциональных расстройств.
Следует подчеркнуть, что состояние эмоциональной сферы имеет значение и для процесса воспроизведения. Хорошо известно, что выраженное эмоциональное напряжение может приводить к нарушению воспроизведения, например к забыванию во время экзамена или ответственного выступления усвоенных знаний, которые вспоминаются немедленно, как только человек приходит в спокойное состояние. В то же время известны случаи, когда волнение позволяет в ответственный момент вспомнить как будто бы забытые факты.
Приведенные данные, несомненно, свидетельствуют о том, что для нормального осуществления процесса воспроизведения необходимо участие целого ряда структур и функциональных систем, в том числе необходимо участие механизмов, лежащих в основе бодрствования, внимания, эмоций и оказывающих влияние на функциональное состояние мозга. Все это указывает на чрезвычайную сложность процессов воспроизведения и функции памяти в целом, в которых принимают участие перечисленные системы мозга. Последние вплетаются в организацию этой комплексной функции и помогают ее осуществлению.
При обсуждении физиологических теорий памяти несомненный интерес представляют исследования академика М. Н. Ливанова и его сотрудников, отражающие современные представления нейрофизиологии об организации мозговых функций.
М. Н. Ливанов на основании многолетнего изучения этой проблемы приходит к выводу, что в процессе обучения возникают новые системы реагирования нейронов, в основе которых лежит изменение условий, обеспечивающих проведение возбуждения в коре головного мозга. Удалось установить, что к таким условиям относятся синхронность процессов в различных участках коры, определенная частота колебаний биоэлектрических потенциалов и совпадение их по фазам. Иными словами, если возбудимость повышена в одном участке коры, то для проведения возбуждения она должна быть повышена и в другом соответствующем ей участке. По-видимому, эти условия мгновенно возникают под влиянием условного сигнала и также мгновенно распадаются, а кора остается свободной для всех форм деятельности. Следовательно, нет надобности связывать обучение с возникновением фиксированных рефлекторных дуг. Результаты исследований М. Н. Ливанова дают основание считать, что процессы памяти, в частности условный рефлекс, который представляет простую форму памяти, формируются на уровне функциональной системы, а кодирование и удержание информации идут, по-видимому, на уровне синаптических аппаратов. Приведенные соображения подчеркивают роль функциональной системы в процессе запоминания и обучения и не позволяют свести его только к изменениям отдельных нейронов даже при низких формах организации нервной системы.
Если в физиологических теориях ученые пытаются подойти к механизмам памяти на уровне функциональных систем и дают анализ различных фаз памяти, то сторонники биохимических теорий, стремясь выявить механизмы, связанные с формированием следа долговременной памяти, адресуются главным образом к процессам хранения следа на нейронном уровне. Согласно биохимическим теориям основное значение в хранении мозгом информации принадлежит изменениям химического состава нуклеиновых кислот и белков соответствующих нейронов. Такие представления возникли в связи с достижениями в расшифровке механизмов наследственной памяти.
Сразу же сделаем оговорку: генетическая информация — видовая память — передается от клетки к клетке, от организма к организму, т. е. она наследуется. Индивидуальная память не наследуется. Наш опыт, все то, чему мы научились, невозможно передать нашим детям, Они должны всему учиться сызнова.
Биохимикам и генетикам удалось доказать, что передача информации по наследству осуществляется с помощью дезоксирибонуклеиновой — ДНК — и рибонуклеиновой — РНК — кислот. Это натолкнуло биохимиков на мысль, что, может быть, и индивидуальная память осуществляется за счет таких же механизмов. В пользу подобного предположения говорит и огромная информационная емкость нуклеиновых кислот, которая может обеспечить хранение большого количества информации. В отличие от генетической памяти, главная роль в процессах индивидуальной памяти приписывается молекулам РНК.
Большая работа в этом направлении проведена известным шведским ученым Г. Хиденом, который разработал методику изъятия из мозга животных отдельных нервных клеток и определения в них количественного и качественного состава РНК. Обучая крыс определенным формам поведения, Хиден наблюдал заметное увеличение количества РНК в нервных клетках, участвующих в выработке вновь приобретенных навыков. Так, если животное передвигалось по натянутой проволоке, то в нервных клетках вестибулярного аппарата, осуществляющего равновесие, возрастало количество РНК. При обучении крыс доставать передней лапой пищу количество РНК увеличивалось в клетках коры головного мозга, ответственных за регуляцию движений именно этой конечности.
В 1959 г. Хиден сообщил, что в клетках мозга обученных крыс увеличивалось содержание РНК на 12 % по сравнению с клетками мозга крыс, живущих в нормальных условиях. Когда крысу-левшу научили пользоваться правой лапой, чтобы доставать корм из трубки, клетки в коре мозга вырабатывали не только белки, но и особый вид РНК. То же самое наблюдалось и у золотых рыбок, которых заставляли освоить новый стиль плавания, прикрепляя им к нижней части головы плавучий пенопласт. У рыбок, выполнявших не менее тяжелую работу, когда их заставляли плыть против течения, выработки дополнительной РНК не отмечалось.
Согласно гипотезе Хидена, нервное возбуждение изменяет состав РНК, что в свою очередь ведет к образованию белка, соответствующего этому возбуждению. Таким образом, под влиянием нервного возбуждения может возникнуть новый белок, являющийся материальным следом, отпечатком, в котором отложен опыт. Когда же снова возникает сходное возбуждение, оно как бы активирует этот белок. Так был получен первый намек на участие РНК в процессах обучения.
Гипотеза Хидена подкреплена целым рядом работ. Первые опыты были проведены на планариях. Планарии принадлежат к плоским червям и стоят по своей организации на одной из низших ступеней эволюции животных.
Американский ученый Д. Макконнел из Мичиганского университета раздражал электрическим током планарий непосредственно после вспышки света. В ответ на раздражение тела планарий сокращались. При повторении опыта черви реагировали сокращением на вспышку лампочки, даже если за ней не следовало раздражение током. У червей был выработан условный рефлекс: они «узнали», что вслед за вспышкой света наступит электрическое раздражение. Тренированных планарий затем изрубили на кусочки и скормили нетренированным червям, над которыми был проделан такой же опыт. В 1961 г. Макконнел сообщил, что нетренированные черви, съевшие тренированных, научились реагировать на вспышку лампочки быстрее, чем обычные черви. Они, так сказать, «съели» и их память.
На основании этих опытов можно предположить, что нетренированные черви получили от съеденных ими тренированных новые молекулы РНК, возникшие в связи с выработкой навыка.
Американский ученый Р. Гей продемонстрировал на крысах, что путем простого введения экстракта мозга донора можно «нагрузить» живой мозг реципиента (принимающего) опытом, приобретенным умершим животным.
Крысу обучали избегать один из ящиков, где пропускался электрический ток. Этот опыт оставался в памяти крысы, и у нее вырабатывался устойчивый условный рефлекс. Затем обученную подобным образом крысу умерщвляли. Ее мозг помещали в смесь из карболовой кислоты и физиологического раствора и многократно пропускали через центрифугу. Выделенный затем порошкообразный экстракт вводили крысам, не имевшим ни малейшего понятия об электрической камере. Уже через два часа после инъекции поведение этих крыс резко менялось, и они испытывали страх перед ящиком, где пропускался электрический ток.
Однако выводы, которые последовали за такими положительными результатами, были опровергнуты учеными из различных лабораторий. Независимые друг от друга попытки передать условный рефлекс через РНК от тренированных крыс нетренированным потерпели неудачу. Многие исследователи вообще сомневаются в возможности передачи опыта таким путем. Трудно представить, что РНК беспрепятственно может проникать в мозг через барьер, который существует между кровью и мозгом и носит название гемато-энцефалического, т. е. крове-мозгового барьера. Назначение этого образования состоит в том, чтобы не пропускать в мозг чужеродных для него веществ, иными словами, защищать мозг от вредоносных факторов и регулировать состав его питательной среды — спинно-мозговой жидкости — ликвора. Эта функция выполняется в основном стенками кровеносных сосудов, а также сплетениями мозга, осуществляющими продукцию ликвора. Были проведены специальные опыты на белых кроликах, которым вводили внутривенно РНК, меченную по радиоактивному углероду (С14). Через определенные промежутки времени проверка содержания РНК в крови, ликворе, ткани мозга, а также печени показала, что гемато-энцефалический барьер практически непроницаем для РНК. Нельзя, по-видимому, игнорировать и содержащиеся в тканях ферменты, разрушающие РНК. Эти опыты сделали обоснованными сомнения в возможности передачи усвоенного опыта методом, предложенным Макконнелом, и подчеркнули сложность проблемы.
Опыты американских исследователей Р. Корнинга и Е. Джона, также проведенные на планариях, выявили данные несколько другого рода. Эти ученые обратили внимание на то, что перерезка планарий не влияет на сохранение приобретенных ими ранее навыков и форм поведения. Память у них сохраняется независимо от того, восстановилась ли новая особь из головной или хвостовой части тела. Так происходит в обычных условиях. Но ученые изменили условия опыта. Поскольку Г. Хиден видел причину памяти в образовании особого рода РНК, они помещали разрезанных планарий в воду, в которую добавляли небольшое количество фермента рибонуклеазы, разрушающего РНК. Оказалось, что черви, регенерированные из хвостовых частей, забывали прошлый опыт, а особи, выросшие из головной части, которая содержала нервный узел и, следовательно, могла восполнять РНК, его сохраняли. Таким образом, рибонуклеаза в одном случае разрушала память, а в другом — нет: «молекулы памяти», находившиеся в головной части, оказались устойчивыми к действию фермента.
Подобного рода исследования проведены и на более высокоорганизованных животных — на белых мышах. У них вырабатывали условный рефлекс в Т-образном лабиринте: по сигналу звонка мышь убегала в безопасное место, иначе она получала электрический удар, так как в определенный момент по проволоке, выстилающей дно лабиринта, пропускался электрический ток. Но когда в мозг этих животных вводили рибонуклеазу, то все выработанные условные рефлексы исчезали. В то же время врожденные формы поведения — рефлексы сосания, лизания и другие оставались неизмененными. Значит, фермент разрушал только вновь образованную РНК.
Оставалось неясным, как идет образование РНК, имеющей отношение к памяти. Действуют ли нервные импульсы непосредственно на молекулу РНК, вызывая в ней специфические изменения, или нервные импульсы действуют на другую нуклеиновую кислоту — ДНК, которая уже в свою очередь обусловливает образование нового вида РНК.
Для решения этого вопроса мышам перед выработкой условного рефлекса вводили различные химические вещества, в том числе ферменты, избирательно действующие на обмен нуклеиновых кислот — рибо- и дезоксирибонуклеаз. Оказалось, что при введении дезоксирибонуклеазы мыши ничего не забывали. Таким путем удалось продемонстрировать, что след памяти можно нарушить, разрушив РНК. Именно рибонуклеаза, разрушающая РНК и не затрагивающая ДНК и все прочие вещества организма, заставила мышей забывать «выученный урок». Из этих опытов следовало, что именно РНК содержит (или представляет собой) энграму, т. е. след памяти. Разумеется, рибонуклеаза разрушает не только гипотетическую «РНК памяти», но и ту РНК, которая участвует во всевозможных белковых синтезах.
Наложение рибонуклеазы на кору головного мозга голубей приводило к полному забыванию выработанных навыков, в то время как врожденные рефлексы (способность летать и клевать) сохранялись. Одновременно наблюдалось уменьшение содержания РНК в нервных клетках на второй день и особенно на четвертый; с седьмого дня содержание РНК начинало восстанавливаться и к девятому-десятому дню достигало нормального уровня.
Было сделано еще одно наблюдение: введение в организм животного веществ, изменяющих состав РНК, затрудняет выработку условного рефлекса. Если животному ввести РНК, добытую из дрожжей, то оно очень быстро приобретает требуемые навыки поведения.
Установлено также, что воздействия, которые нарушают запоминание недавних событий, например электрошок, вызывают снижение содержания РНК в головном мозгу у крыс и кошек в последующие несколько минут после шока. Снижение может достигать 30 % и является результатом уменьшения синтеза белков.
Вопрос о том, зависит ли обучение от синтеза РНК, изучался также с помощью препаратов, влияющих на различные звенья синтеза нуклеиновых кислот и белка. С этой целью использовали препараты, оказывающие тормозящее действие на синтез РНК. Результаты опытов с 8-азагуанином показали, что препарат не оказывает влияния на выполнение ранее усвоенных навыков в лабиринте, но мешает новому обучению. Поскольку это вещество кроме торможения синтеза белков обладает еще и побочными действиями, были проведены дополнительные исследования с помощью актиномицина Д — другого препарата, тормозящего синтез РНК. В опытах на мышах ученые добились снижения синтеза РНК в мозгу на 83 % в течение нескольких часов, но тем не менее животные были способны выучить и вспомнить, как и контрольные, усвоенный навык.
Эти опыты не выявляют взаимозависимости между синтезом новой молекулы РНК и функцией памяти и, следовательно, не подтверждают гипотезу о специфическом отношении синтеза РНК к процессу обучения. В то же время они не исключают зависимости обучения от синтеза других видов протеинов, которые не связаны с вновь образованной специфической РНК.
Новые данные получили американские исследователи из Пенсильванского университета. Ученые работали с пуромицином — антибиотиком, который не мешает образованию РНК, но тормозит синтез протеинов. Им удалось путем введения этого препарата непосредственно в мозг крысы тормозить протеиновый синтез на 80 % в течение 8―10 часов. При введении препарата на протяжении двух дней после обучения полная утрата усвоенного опыта наблюдалась только при инъекциях в височные области мозга. Инъекции в лобные доли, а также непосредственно в желудочки мозга не вызывали никакого эффекта. Ученые пришли к выводу, что ответственным местом для кратковременной памяти являются височные области мозга и что в течение первых дней память поддерживается биосинтезом белков.
Аналогичные данные получены в экспериментах на мышах. Животные осваивали один поворот в лабиринте, а затем, спустя несколько недель — другой. Части этих мышей ввели антибиотик пуромицин, и через несколько дней все животные повторили те же попытки. Животные, которые не подверглись инъекции, помнили поворот, который они обучались преодолевать во второй серии. Инъецированные животные осуществили поворот, усвоенный в первой серии. Их недавнее обучение, по-видимому, было нарушено, а долговременная память оставалась неизменной при инъекциях в височную область.
Хотя полученные результаты указывают на определенную связь памяти с уровнем активности РНК, исследователи подчеркивают, что какие-либо заключения могут быть сделаны только после изучения фазных ситуаций обучения и на других видах животных.
Профессор Мичиганского университета Б. Агранов продолжал опыты с пуромицином на золотых рыбках и показал, что этот препарат, блокирующий некоторые химические реакции внутри клетки, оказывает влияние на память только в течение ограниченного времени после обучения. Агранов поместил золотые рыбки в продолговатые стеклянные сосуды, разделенные надвое перегородкой, через которую рыбке надо было перепрыгнуть, чтобы попасть в другую половину. Обе половины сосуда поочередно освещались лампочками. Требовалось научить рыбку перепрыгивать через загородку каждый раз, когда менялось освещение. Для этого через воду освещенной части пропускался электрический ток: получив удар, рыбка перепрыгивала через загородку. Опыт повторялся несколько раз. Через 40 минут рыбка перепрыгивала через загородку, как только зажигалась электрическая лампочка, не ожидая электрического разряда. Она избегала электрического разряда через день, через три дня, через месяц. Тогда начиналась вторая половина опыта. Тотчас после сеанса в мозг рыбки вводили антибиотик. И когда приступили к опыту, выяснилось, что она забыла все, что выучила. Начинали снова. Тот же антибиотик, введенный через час после сеанса, на память не подействовал. Введение антибиотика через полчаса приводило к частичному усвоению урока.
Противоположный эффект оказывает введение РНК или препаратов, стимулирующих ее синтез, в результате чего выработанные навыки приобретают большую прочность, а процессы закрепления следа протекают значительно быстрее. Имеются сообщения, что обучение может быть улучшено путем введения нуклеиновых кислот. Такого рода факты послужили основой для использования РНК при лечении людей с нарушениями памяти. Было показано, например, что длительное введение РНК улучшает состояние памяти у пожилых людей с явлениями атеросклероза сосудов мозга.
Здесь уместно указать, что в человеческом мозгу количество РНК постоянно возрастает от рождения до 40 лет, в период между 40 и 60 годами оно не меняется, оставаясь на постоянном высоком уровне, а затем постепенно снижается. Не следует, однако, переоценивать указанные данные. Возможно, кривая содержания РНК отражает на самом деле изменение жизненной активности вообще, а параллельные изменения качества памяти — это сопутствующее ей вторичное явление.
Существует мнение, что с возрастом комплекс ДНК менее восприимчив к активации, белковый синтез менее эффективен и перенос белка к синапсам совершается не так быстро. Хиден сообщил, что количество ДНК у человека к старости уменьшается. Некоторые ученые вводили пожилым больным с ослабленной памятью ДНК и РНК. Улучшение памяти, в ряде случаев весьма значительное, наблюдалось только при введении РНК. После прекращения введения РНК память снова ухудшалась. Наряду с этими данными в пожилом возрасте обнаружено также повышение активности рибонуклеазы. Это наводит на мысль, что уменьшение содержания РНК у пожилых людей может быть обусловлено повышенной активностью фермента, разрушающего РНК. Недостаток же РНК в свою очередь неблагоприятно сказывается на белках и других веществах, образование которых находится в прямой зависимости от синтеза РНК.
Поделиться книгой: