Глава 8. Механизмы памяти

§ 38. ВИДЫ И ФОРМЫ ПАМЯТИ

Формы биологической памяти. Мно­гие из специалистов придерживаются представления о памяти как сложном феномене фиксации, сохранения и воспроизведения информации о взаимодействии между объектами. Это определение включает широкий диапа­зон феноменов от элементарной памяти неживой приро­ды до психонервной памяти человека. Принципиальное отличие живого от неживой природы состоит в струк­турном воспроизведении живого, что в принципе невоз­можно, если живая система не запомнит свою стабиль­ную организацию. Следовательно, биологическую память можно определить как способность живых существ (или их популяций), воспринимая воздействия извне, закреп­лять, сохранять и в последующем воспроизводить вы­зываемые этими воздействиями изменения функцио­нального состояния и структуры (И. П. Ашмарин, 1975). Стабилизация органических систем и их струк­турное самовоспроизведение опирается на генетическую память, как память биологического вида. Носителем ге­нетической памяти являются нуклеиновые кислоты, которые позволяют обеспечить стабильность хранения информации. В основе изменчивости такой информации в филогенезе лежит мутагенез. Воспроизведение изме­ненных форм происходит с участием белков-ферментов. Генетическая детерминация свойств высшей нервной де­ятельности рассмотрена в гл. 5.

Второй формой биологической памяти, развивающей­ся позже в ходе эволюции, является иммунологическая память, которая тесно связана с генетической памятью.

В самой общей форме иммунологическая память состо­ит в способности после первой встречи с генетически чужеродными телами и веществами узнавать их при по­вторной встрече, связывать и включать неспецифические механизмы их уничтожения. Такие чужеродные вещества именуются антигенами, а иммунные белки, обладающие способностью разрушать антигены, называются анти­телами. Основными участниками иммунного ответа яв­ляются иммунокомпетентные лимфоциты. Их поверх­ностная мембрана оснащена определенным набором антител. Причем взрослый организм снабжен набором генетической информации для синтеза всего разнообра­зия антител. Эти антитела на лимфоцитах служат ре­цепторами для антигенов. Каждый лимфоцит имеет ре­цепторы к одному или к нескольким сходным антигенам. А все лимфоциты, несущие одинаковый рецептор, при­надлежат к одному клону, то есть являются потомками одной материнской клетки с таким же рецептором.

Процесс селекции клонов и обусловливает иммуно­логическую память. Первая встреча с антигеном вызы­вает увеличение числа соответствующих лимфоцитов (формирование клона) и их дифференцировку на эффек-торные клетки и клетки памяти. Если первые живут несколько дней, то вторые остаются в организме на всю жизнь и при повторной встрече с антигеном способны вновь превращаться в клетки обоих типов. Селективны­ми агентами, которые обеспечивают материал для отбо­ра, являются антигены. Они «узнают» рецепторы анти­тел, связываются с ними и стимулируют их размножение. Значит, из огромного набора вариаций антител антиген отбирает единственную и стимулирует ее количествен­ный рост. Эта форма памяти представляет собой эволю­ционное развитие генетической памяти в сторону ее большей гибкости и индивидуальной реактивности (Г. А. Вартанян, М. И. Лохов, 1987).

Одним из основных свойств нервной системы являет­ся длительное хранение информации о событиях внешне­го мира и реакциях организма на эти события, а также использование этой информации для построения текуще­го поведения. Эти свойства и легли в основу формирова­ния нервной, или нейрологической памяти. В эволюции

она возникла в связи с дифференциацией нервной систе­мы и оказалась самой сложной по проявлениям и меха­низмам.

В каждый момент времени животные и человек пере­ходят из своего прошлого к новому, ранее не испытан­ному состоянию, и их поведение в настоящем в значи­тельной мере определяется совокупностью накопленного опыта в прошлом. Вот эту непрестанно возрастающую совокупность следов от пройденного, определяющую по­ведение в наступающем настоящем, и называют па­мятью (А. А. Ухтомский). Таким образом, память как результат обучения заключается в таких изменениях в нервной системе, которые сохраняются в течение неко­торого времени и существенно влияют на характер протекания будущих рефлекторных реакций. Комплекс таких структурно-функциональных изменений, вклю­чающий запечатление не только определенной внешней ситуации, но субъективное отношение организма к ней, получил название процесса образования энграммы. Ис­пользуя весь ранее приобретенный опыт, а следователь­но, опираясь на факторы, уже отсутствующие в настоя­щем, энграмма оказывается избыточной. Благодаря своей избыточности энграмма служит основой активности орга­низма и реалистического прогнозирования им будущих ситуаций.

Общепризнано представление о системной органи­зации памяти, то есть ее организации во времени и пространстве. И изучение элементарных механизмов памяти всегда должно ориентироваться на целостное по­нимание этой функции мозга. Одним из трудных вопро­сов является отражение в памяти фактора времени. Из­вестно, что в памяти события размещаются по оси времени с отражением их реальной длительности. Ясно, что формирование и воспроизведение таких энграмм воз­можно лишь при допущении временного «свертывания» событий на основе существования собственного времени мозга. На основе такой компрессии времени создается внутренний хронотоп (по А. А. Ухтомскому), то есть внутренний пространственно-временной образ внешнего единого пространственно-временного мира. При воспро­изведении такой энграммы неизбежно отражение реаль-

ной, физической встречи с объектом. Поэтому энграмма из модели прошлого перемещается в будущее и стано­вится фактором, определяющим цель предстоящего по­веденческого акта. Значит, цель в виде реальной эн-граммы предшествует следствию, то есть действию с его результатами (Р. И. Кругликов, 1987).

Временная организация памяти. После электричес­кого ответа рецепторной клетки на внешнее воздействие возникают следовые процессы, продолжающиеся неко­торое время уже при отсутствии реального раздражите­ля. Эти первичные следовые процессы составляют ос­нову сенсорной памяти. Длительность хранения следов в сенсорной памяти не превышает 500 мс, стирание следа осуществляется за 150 мс.

Так, зрительный образ сохраняется во время мига­ния, при чтении, восприятии речи и пр. На этом же виде памяти основано слитное восприятие изображений в кино и телевидении. Предполагают, что сенсорная память человека не зависит от его воли и не может быть подвергнута сознательному контролю. Длительность хра­нения следов в сенсорной памяти продолжает оставать­ся дискуссионной. В частности, требуют объяснения спо­собности некоторых людей-эйдетиков, у которых период сохранения зрительного образа может достигать десят­ки минут.

Одна из классификаций видов памяти приведена на рис. 64. Следующий за сенсорной памятью период,

связанный с хранением информации, именуется кратко­срочной памятью. И наконец, наиболее значимая инфор­мация хранится в долгосрочной памяти. Такое деление видов памяти принимается большинством исследовате­лей, хотя некоторые и предлагают свою более дробную классификацию. Кратко- и долговременная память мо­гут различаться по своим механизмам и оказывать друг на друга взаимное влияние. Консолидация энграммы, то есть ее переход из кратковременной в долговременную, — принципиально важный момент физиологии и биохимии памяти. Некоторые полагают, что периоду консолида­ции соответствует особый вид промежуточной памяти, которая как бы встраивается между долговременной и кратковременной памятью.

Существует мнение о том, что кратковременная и долговременная память представляют собой последова­тельные этапы единого процесса. В то же время ряд гипотез исходит из точки зрения о параллельном раз­витии процессов кратко- и долговременной памяти. Предполагают, что кратковременная (нестабильная) память образуется за счет конформационных перестро­ек макромолекул и реализуется с участием синаптичес-кого и синаптосомального уровней регуляции (рис. 65). Перемещение ионов и/или кратковременные метаболи­ческие сдвиги во время синаптической активности мо­гут привести к изменению эффективности синаптичес­кой передачи, длящейся миллисекунды и секунды. Большинство ученых усматривают в основе кратковре-

Рис. 65 Временная организация

памяти

(по X. Матиссу, 1978)

кратковременная

Память промежуточная долговременная

МС С М Ч дни

Синалтический Синаптосомальный Ядерный

Уровни регуляции

менной памяти прежде всего электрофизиологические механизмы, связанные с многократным циркулирова­нием импульсации (реверберацией) по замкнутой сис­теме нейронов.

С помощью психологических тестов Эббингауза было установлено, что объем кратковременной памяти чело­века измеряется 7 ± 2 единицы, то есть бессмысленные слова после однократного их предъявления воспроиз­водятся испытуемым лишь в количестве 7 + 2.

Синаптосомальный уровень включает конформацион-ные изменения структурных и ферментных белков, из­менения концентрации и перемещение неиромедиаторов. Это и есть длящаяся минуты и часы промежуточная па­мять. Промежуточная память, как полагают психологи, расширяет объем кратковременной памяти и увеличи­вает ее длительность. Долговременная память формиру­ется на основе синтеза макромолекул — нуклеиновых кислот и белков — и связана с активацией генетическо­го аппарата клетки. Следовательно, в отличие от пред­шествующих процессуальных видов памяти долговремен­ная память представляет из себя новую внутримозговую функциональную структуру, базирующуюся в результа­те на изменениях в мембранах нейронов и на межней­ронных связях.

Благодаря, в основном, исследованиям психологов в пределах краткосрочной памяти выделена первичная память, связанная с мысленным повторением материа­ла с целью запоминания и его интерпретации (рис. 64). Длительность этой памяти ограничивается несколькими секундами, и материал стирается при его замене на но­вый. В свою очередь, долговременную память подразде­ляют на вторичную путем создания ассоциаций, то есть взаимоотношений между отдельными элементами и яв­лениями, которые могут храниться минуты и годы, и третичную память, куда входят навыки, постоянно сопровождающие жизнь человека: способность к чте­нию, письму, профессиональные навыки и пр., которые практически не забываются. Кроме того, различают у человека произвольное и непроизвольное запоминание; образную, моторную, логическую, эмоциональную, ус-ловнорефлекторную памяти. Конечно, нельзя не видеть,

насколько еще далеки друг от друга физиологические и психологические схемы классификации видов памяти. Накопленные к настоящему времени физиологические и биохимические данные позволяют с определенной до­стоверностью выделить три вида памяти: а) сенсорную, б) кратковременную и в) долговременную.

§ 39. МЕХАНИЗМЫ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПАМЯТИ

Нейрофизиологические корреляты краткосрочной памяти. К данной категории или стадии относится па­мять на только что минувшие события. Представим себе следующую экспериментальную ситуацию. Обезьяна обучается по условному сигналу — зажигание лампы справа или слева на пульте — выполнять движение нажатия на соответственно правую или левую педаль или рычаг. Если выбор педали или рычага выполнен правильно, такое действие вознаграждается пищей (А. С. Батуев и др., 1988). Но сигналы подаются в слу­чайном порядке и после каждого сигнала наступает пау­за, которая может длиться разное время — от 5 до 20 с. В течение этого периода, называемого периодом отсроч­ки, животное не имеет доступа к рычагам и педалям: они скрыты от него непрозрачным экраном. После от­срочки экран открывается, и обезьяна может выполнить требуемое действие (рис. 66). Значит, животное, полу­чив условный сигнал, должно удержать в памяти ин­формацию о его местоположении в течение всего перио­да отсрочки, а затем использовать эту информацию для осуществления правильного движения.

Такое отсроченное поведение является общепризнан­ным методическим подходом для изучения механизмов кратковременной памяти, с помощью которой сохраня­ется информация о только что прошедших событиях, но необходимых для выполнения предстоящего поведенчес­кого акта. У таких животных из различных отделов мозга с помощью микроэлектродов длительно регистрируется импульсная активность нескольких нейронов. Исследо­вания показали, что информация о пространственном

Рис. 66 Методика изучения нейронной активности мозга

в тестах на краткосрочную память у обезьян

А — экспериментальная процедура; Б — экспериментальная программа и ее нейро-нальные корреляты; 1 — лампа-вспышка (предупреждающий сигнал); 2 — тубус для подачи пищи; 3 — педаль; 4 — лампа (условный сигнал); 5 — прозрачное окно в экране (7); 6 — общая панель; а и б — активность нейронов лобной коры; в — двига­тельной коры; г — электромиограмма дельтовидной мышцы плеча; д — отметки сиг­налов (J — предупреждающий; 2 и 3 — условный; 4 — пусковой (отодвигание экра­на); 5 — нажатие на клавишу). Калибровка времени — 2 с,

расположении условного сигнала кодируется в импульс­ной активности нейронов прежде всего лобной и темен­ной ассоциативных полей коры больших полушарий. Такое кодирование осуществляется либо рисунком раз­ряда нейронов, либо частотой импульсации нейронов, получивших название пространственно-селективных. Оказалось, что эти нейроны не представляют собой од­нородную популяцию, а подразделяются на несколько групп (рис. 67). Часть нейронов обнаруживает свойство

Рис 67

Сравнительное

распределение

пространственно

селективных нейронов

лобной и теменной коры

обезьян в тестах на кратковременную память Цифры показывают процентное отно шение к общему числу пространствен­но селективных нейронов Этапы эк спериментальной программы 1 — предупреждающий сигнал, 2 — пери од неспецифического ожидания, 3 — условный сигнал, 4 — отсрочка, 5 — пусковой период программы (откры тие экрана, нажатие на рычаг, полу чение пищевого подкрепления)

пространственной селекции только в период предъявле­ния условного сигнала — такие нейроны названы сенсор­ными.

Другая группа нейронов обнаружила различия в им­пульсной активности только в период отсрочки — их именуют нейронами памяти.

Третья группа аналогичное свойство проявила толь­ко после открытия экрана, в момент, непосредственно предшествующий моторному акту, поэтому их назвали нейронами моторных программ. Описаны и смешанные типы нейронов.

Детальный анализ самого периода отсрочки показал, что все ее время заполняется кратковременными вспыш­ками импульсной активности разных нейронов лобной коры: в начале отсрочки, в середине и в конце, либо вспышек активности одних и тех же нейронов. И только незначительное число клеток поддерживает высокую импульсную активность на протяжении всего периода отсрочки (рис. 68). Пространственно-селективные сенсор­ные нейроны стоят на входе сложных нейронных корти­кальных цепей и лишь кодируют сенсорные признаки сигнала, в данном случае его пространственное положе­ние. Нейроны, активирующиеся в начальный период от­срочки, детектируют полученную информацию о свойствах условного сигнала, далее следует передача возбуждения по принципу эстафеты другим нейронным популяциям,

Рис 68

Основные типы перестроек импульсной активности нейронов лобной коры в период отсрочки (по А. А Пирогову)

Стрелки указывают начало и окончание отсрочки, цифры — процентное соотноше ние нейронов, пунктир — уровень фоновой активности

каждая из которых отдает аксоны к нейронам-суммато­рам, и от последних происходит передача задержанной таким образом информации на программирующие и пус­ковые структуры.

Именно для лобных отделов коры, где и обнаружены вышеописанные феномены, характерны замкнутые ней­ронные круги типа «ловушек», в которых импульсный

поток может циркулировать (реверберировать) до тех пор, пока не будет переключен на эфферентные модули из крупных пирамид (рис. 69). Последнее может слу­жить структурной основой удержания в ловушках им­пульсных потоков и эстафетного переключения акти­вации от одного нейронного объединения к другому. Лоренте де Но был одним из первых морфологов, кто описал сложные замкнутые цепи нейронов в разных ча­стях мозга. На основе морфологических данных была создана модель памяти из замкнутых цепей, в которых импульсы циркулируют без подкрепления (рис. 70). И. С. Бериташвили (1948) показал, что часть звездча­тых клеток проекционных зон коры имеет аксон, закан­чивающийся в поле своих дендритов. Такая структура может работать как ловушка возбуждения.

Внутрикорковую реверберацию рассматривают как базовый механизм краткосрочной памяти для лобной коры. Важнейшим фактором формирования кратковре­менной памяти является ориентировочный рефлекс, ко­торый фиксирует внимание животного для более полно-

Рис. 69 Основные типы нейронных объединений

в лобной коре у обезьян (по Г. П. Демьяненко, 1980)

1 — нейронная «ловушка», 2 — вертикальный мо­дуль.

Рис. 70

Схема реверберирующей нейронной цепи (по Г. Адаму, 1983)

го восприятия новой информации. В опытах на обезья­нах было установлено, что отвлечение внимания от экс­периментальной ситуации при действии постороннего раз­дражения приводит к разрушению рисунка импульсной активности пространственно-селективных нейронов лоб­ной коры в период действия условного сигнала и отсроч­ки и к появлению ошибочных ответных реакций живот­ного (рис. 71).

Иные явления характерны для теменной коры, где хотя и описано множество пространственно-селективных нейронов, но в пределах времени отсрочки не обнаруже­но феноменов волнообразной активности эстафетного типа, как в лобной коре. Более того, пространственная селективность сохраняется на протяжении всего перио­да отсрочки (рис. 72). Корковые нейронные объедине­ния типа ловушек здесь не обнаружены, а преобладаю­щим типом нейронов являются послойно расположенные эфферентные пирамиды. Пространственная селектив­ность, определяющая рисунок нейронной активности теменной коры, обусловлена взаимосвязанной работой коры и таламических ядер в составе единой таламопа-риетальной ассоциативной системы (см. гл. 9). Ины­ми словами, сохранение в период отсрочки импульсной

активности пространственно-селективных нейронов те­менной коры обусловлено импульсной реверберацией по длинным таламокортикальным кольцам прямой и обратной связи. Дж. Экклс (1981) считает, что корко­вые пирамидные клетки V—VI слоев вовлекаются в дли­тельную таламокортикальную реверберацию.

Вероятно, участие лобной и теменной корковых об­ластей в процессах кратковременной памяти основыва­ется на механизмах реверберации. Последние отличают­ся друг от друга геометрией нервных колец, которые в свою очередь определяются конструкцией соответствую­щих корковых нейронных модулей — нейронные ловуш­ки в лобной коре и вертикально организованные объеди­нения пирамидных клеток — в теменной.

Механизмы импульсной реверберации. Давно извест­ны наблюдения клиницистов о так называемой ретро­градной амнезии, то есть потере памяти на события, пред-

шествовавшие мозговой травме. Аналогичны последствия судорог и электрошока, которые приводят к стиранию лабильных кратковременных следов только тех событий, которые непосредственно предшествовали данной про­цедуре. Одновременно в памяти сохраняются все ранее возникшие впечатления и сведения. Это послужило ос­нованием для Д. Хебба (1949) рассматривать двойствен­ную природу следов памяти. Он предположил существо­вание клеточного ансамбля как закрытой системы, активность которой может реверберировать после пре­кращения сенсорного процесса. Ансамбли связаны друг с другом и могут активироваться эндогенно. Они также могут образовывать связи с моторными клеточными ан­самблями. Д. Хебб считал, что фиксация следа связана со стойкими изменениями синаптической проводимос­ти, возникающими при повторном поступлении к си­напсу импульсного разряда определенной конфигура­ции. К аналогичным заключениям пришли и другие ученые (Д. Джерард, Ю. Конорски, И. С. Бериташвили). Дж. Экклс (1981) установил, что при частом функциони­ровании синапса (его употреблении) возникает облегче­ние — длительные изменения синаптической проводи­мости, а при неупотреблении проводимость ухудшается. О двойственной природе памяти свидетельствовал и кор-саковский синдром, при котором наблюдается забыва­ние (антероградная амнезия) при относительно сохран­ной памяти о событиях и фактах, предшествующих началу заболевания (алкогольный паралич). Операция по поводу височной эпилепсии также приводила боль­ных к утрате способности запоминать новую информа­цию при сохранении предоперационной памяти (У. Пен-фильд, X. Джаспер, 1956).

Явления ретроградной амнезии наблюдались в экс­периментах с животными, которым электрошок нано­сился сразу после обучения, но он был неэффективен, если наносился спустя некоторое время после процеду­ры обучения. Многочисленные эксперименты привели к выводу о том, что все воздействия, так или иначе отра­жающиеся на проводимости в синаптических межней­ронных контактах, приводят к нарушениям процессов кратковременной памяти. Д. Мак-Гоу полагает, что при

электрошоке разрываются функциональные ревербери-рующие цепи.

Несмотря на расхождения в деталях, большинство согласно с тем, что изменение проводимости в сети си­напсов после многократного повторения импульсов в результате реверберации является основой кратковремен­ной памяти, с которой начинается процесс обучения. Хорошо известно, что во время функционирования ней­рона происходит потеря им ионов калия и накопление ионов натрия. Внутрижелудочковое введение животным ингибиторов (Na + К)-АТФазы сказывается на ранних этапах формирования памяти. Р. Мерк (1979) выдви­нул представление, согласно которому ионные сдвиги в результате упражнения (обучения) синапсов запускают длительные восстановительные процессы. Следствием их является гиперполяризация мембраны, которая со­провождается поступлением аминокислот и синтезом оп­ределенных белков. Вновь синтезированный белок ис­пользуется синапсами, стабильно меняющими свою эффективность. При этом указывается на следующие вре­менные границы видов памяти: кратковременная — уга­сает через 10 мин после обучения, лабильная (промежу­точная) возникает в течение 15 мин после обучения и угасает через 30 мин; долговременная память возника­ет через 45 мин после обучения и сохраняется неопре­деленно долгое время. Тогда в основе кратковременной памяти может находиться гиперполяризация нейронов, связанная с повышением калиевой проводимости; ла­бильная память связана с активацией натриевого насо­са; долговременная память базируется на активации белкового синтеза.

Другие исследователи отмечают, что продолжитель­ность реверберации может измеряться минутами (2— 12 мин). Подчеркивается большое значение медиатора ацетилхолина, ибо воздействие на системы, выделяющие и связывающие ацетилхолин (путем введения атропина и скополамина, нарушающих его рецепцию постсинап-тической мембраной или ядов ацетилхолинэстеразы), существенно влияют на кратковременную память.

Реверберация импульсов была показана в прямых исследованиях Верцеано при одновременной регистра-

ции активности нескольких соседних нейронов тремя микроэлектродами. В каждом из нейронов обнаружены повторяющиеся циклы последовательно возникающих разрядов. Видимо, эти нейроны составляют часть ка­кой-то цепи, где нервный импульс движется по замк­нутому пути. Такая циркуляция импульсов обнаруже­на в нейронных цепях между клетками коры и таламуса. При раздражении одной и той же частотой наблюдался один и тот же порядок циркулирующих импульсов. Пе­риодические рисунки импульсации возникают и от еди­ничного раздражения, что доказывает наличие ревер­берации.

Другие авторы видели реверберацию между симмет­ричными отделами коры обоих полушарий, которая рас­пространялась по волокнам мозолистого тела. Эти меж-полушарные нейродинамические процессы являются одним из составных звеньев системной организации крат­ковременной памяти.

С одной стороны, в цикл реверберации вовлекаются не все импульсные потоки, а лишь несущие биологичес­ки значимую информацию, с другой — реверберирую-щая импульсация преодолевает случайную фоновую ак­тивность и обеспечивает изменения в синаптических контактах под влиянием закономерно повторяющихся неслучайных факторов.

Итак, в основе процессов кратковременной памяти лежит временное повышение проводимости в синапсах, связывающих определенные нейроны, и реверберация импульсов, основанная на ряде химических и электро­химических реакций, не связанных с синтезом макро­молекул. В составе замкнутых нейронных цепей в коре мозга участвуют тормозные интернейроны. В самоорга­низации следовых процессов в пределах нервного коль­ца могут играть значительную роль посттормозные ре­акции при наличии в цепи возвратного торможения. Это создает наиболее оптимальные условия хранения следов в течение достаточно длительного времени. Вероятно, участие тормозных интернейронов в составе многоэле­ментных внутрикорковых цепей способствует более дли­тельному хранению следов и поддержанию циркулирую­щей активности.

§ 40. МЕХАНИЗМЫ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ ПАМЯТИ

Раньше была распространена точка зрения о том, что механизмы долговременной памяти могут быть сведены к изучению условных рефлексов. Однако детальные ис­следования показали, что феномен долговременной па­мяти шире и механизмы, включающие и условнореф-лекторные процессы, разнообразнее и сложнее.

Основанием к этому служит изучение видов памяти животных и человека, проведенное И. С. Бериташвили (1975). Он различал образную, условнорефлекторную, эмоциональную и словесно-логическую память. Кроме того, у человека психологи и клиницисты выделяют про­извольную и непроизвольную память, непосредственное и опосредованное запоминание.

Под образной памятью животных и человека И. С. Бе­риташвили понимал сохранение в памяти и репродук­цию однажды воспринятого жизненно важного объекта. Под эмоциональной памятью понимают воспроизведе­ние пережитого ранее эмоционального состояния при повторном воздействии раздражений, обусловивших пер­вичное возникновение этого состояния (Е. А. Громова, 1980). Эмоциональная память обладает следующими ха­рактерными особенностями: 1) она надмодальна, то есть ее формирование и воспроизведение может происходить при любых сенсорных воздействиях, 2) она формирует­ся очень быстро (в отличие от условнорефлекторнои) и часто с первого раза, и 3) она характеризуется непроиз­вольностью запоминания и воспроизведения информа­ции, то есть обеспечивает пополнение подсознательной сферы человеческой психики (Э. А. Костандов, 1977). Условнорефлекторная память проявляется в виде вос­произведения условных двигательных и секреторных реакций или заученных привычных движений спустя длительное время после образования. Наконец, словесно-логическая (или семантическая) — это память на сло­весные сигналы, обозначающие как внешние объекты и события, так и внутренние переживания и свои соб­ственные действия. В любом случае имеет место фикса­ция предметов и явлений, включающая в свой состав

по крайней мере три этапа: I — формирование энграм-мы, II — сортировка и выделение новой информации и III — долговременное хранение значимой для организ­ма информации.

В отличие от бытовавшем в прошлом представлении о структурных основах долговременной памяти, заключа­ющихся в возникновении новых синаптических контак­тов между нейронами, канадский ученый Хебб (1949) выдвинул другую гипотезу. Суть ее состоит в том, что фиксация следа памяти связана со стойкими изменени­ями синаптической проводимости в пределах определен­ного нейронного ансамбля. Многочисленные поиски были направлены на выяснение основных факторов, обеспе­чивающих модуляцию эффективности синаптической передачи и длительное сохранение этих сдвигов в ней­ронных сетях. В результате этих исследований стало общепризнанным представление о том, что в основе дол­говременной памяти лежат весьма сложные структурно-химические преобразования как на системном, синапти-ческом, так и на клеточном уровнях головного мозга. Ниже будут последовательно рассмотрены основные участники нейрохимических преобразований, обеспечи­вающие фиксацию памятных следов.

Нейромедиаторные системы. Когда речь заходит о регуляции синаптической эффективности, то естествен­но внимание обращается прежде всего на системы био­логически активных веществ, являющихся посредника­ми в синаптической передаче. Так, было установлено увеличение содержания свободного ацетилхолина в гиппокампе сразу после обучения оборонительному услов­ному рефлексу. Синтез ацетилхолина, зависящий от вы­рабатываемых навыков и индивидуальных особенностей животных, стали связывать с процессом консолидации. Весьма чувствительным индикатором холинергической системы мозга является активность ацетилхолинестэра-зы (разрушающей ацетилхолин), которая закономерно меняется в коре мозга и гиппокампе в зависимости от характера обучения и способности животных к выработ­ке навыков.

Дальнейшие исследования показали, что под влияни­ем обучения увеличивается количество холинорецепторов,

что может быть следствием либо синтеза новых рецеп-торных молекул, либо демаскировки и активации уже существующих рецепторных белков. Р. И. Кругликов (1986) показал повышение чувствительности кортикаль­ных нейронов, вовлекаемых в формирование условного рефлекса, к микроэлектрофоретически подводимому ацетилхолину. Причем чувствительность возрастает вплоть до фиксации следа в памяти. Э. Кендел (1980) также по­лагал, что долговременная память связана со стабиль­ным изменением чувствительности к ацетилхолину. Активация рецепторов постсинаптической мембраны об­легчает обучение, ускоряет фиксацию, способствует извлечению следа из памяти. И наоборот, антагонисты ацетилхолина нарушают обучение и воспроизведение, вы­зывая амнезию (Р. Ю. Ильюченок, 1977).

Системы, связанные с образованием и выделением биогенных аминов, — катехоламинергическая и серото-нинергическая принимают самое непосредственное уча­стие в механизмах долговременной памяти (Е. А. Гро­мова, 1980; Р. И. Кругликов, 1981).

Установлено, что обучение животных в моделях с электрокожным подкреплением условных реакций со­провождается активацией норадренергических систем мозга, а обучение с пищевым подкреплением — снижением метаболизма и уровня норадреналина в мозге животных.

Разработана гипотеза, в соответствии с которой но-радреналин, выделяющийся при подкреплении, пролон­гирует активность нейронов, вызванную предъявлением условного стимула, и этим облегчает формирование ус­ловного рефлекса.

Значительное снижение норадреналина его антаго­нистами, разрушение нейронов голубого пятна продол­говатого мозга (дающего начало восходящей норадре-нергической системе) или дорзального пучка переднего мозга замедляет обучение, вызывает амнезию и нару­шает извлечение следа из памяти (Р. И. Кругликов, 1981). Определенную роль играет и дофаминергическая система (Н. Ф. Суворов, В. В. Суворов, 1978), ибо дофа­мин является предшественником образующегося из него норадреналина.

Значительно более определенная роль в процессах, связанных с консолидацией следов памяти, принадле­жит серотонинергической системе мозга. Е. А. Громо­ва (1980) установила, что серотонин ускоряет обучение и удлиняет сохранение навыков, выработанных на эмо­ционально положительном подкреплении, нарушая вы­полнение и сохранение защитно-оборонительных реак­ций. Согласно ее концепции моноамины участвуют в процессах обучения и памяти опосредованно, через ней­рохимическое обеспечение положительных и отрица­тельных эмоциональных состояний (см. также гл. 5). Серотонин причастен к формированию эмоционально положительных, а норадреналин — эмоционально отри­цательных состояний. Обе моноаминергические системы находятся в реципрокных отношениях.

В связи с тем, что распространенным приемом иссле­дования памяти является использование различного рода амнезирующих (амнезия — потеря памяти) воздействий стрессорного типа, было выдвинуто представление, что стрессоры действуют на процессы консолидации через нейроэндокринные реакции, оказывая первичное влия­ние на неспецифические компоненты этого процесса.

Р. И. Кругликов (1984) разработал гипотезу, соглас­но которой холинергические механизмы мозга обеспечи­вают информационную составляющую процесса обуче­ния. Роль же моноаминергических систем мозга сводится к обеспечению подкрепляющих и эмоционально-моти-вационных составляющих процесса обучения и памяти. Причем холинергическая система находится под моду­лирующим влиянием моноаминергической системы. Сти­муляция норадренергических механизмов перестраива­ет хемореактивные свойства, которые при определенных условиях могут закрепляться, обеспечивая создание и сохранение многонейронной констелляции — энграммы. Если норадренергические механизмы мозга в большей мере причастны к формированию временных связей, то серотонинергическая — к их фиксации.

X. Матисс (1979) рассматривает взаимодействие обо­их типов медиаторных систем непосредственно на мемб­ране нейрона (рис. 73). Он полагает, что повторная ак­тивация холинергических синапсов во время стимуляции

Рис. 73

Механизмы стабильного

повышения эффективности

синоптической передачи

(по X. Матиссу, 1978)

1 — холинергический медиатор, вызываю­щий обратимые конформационные измене­ния субсинаптической мембраны; 2 — мо-ноаминергический медиатор, активирующий нуклеотидциклазу; 3 — циклические нук-леотиды; 4 — активированные протеинки-назы; 5 — активация генетического аппарата и изменения синтеза РНК; 6 — изменение синтеза белков (глюкопротеидов); 7 — вклю­чение вновь синтезированных белков холи-нергическим медиатором изменений субси­наптической мембраны.

вызывает кратковременные конформационные пере­стройки постсинаптических мембран, повышающие си-наптическую проводимость. Если в течение этого вре­мени к нейрону поступают «безусловные» влияния, опосредуемые моноаминергическими системами, то включается цепь внутриклеточных метаболических процессов с участием циклических нуклеотидов. В ходе этих процессов синтезируются полипептиды или бел­ки. Они взаимодействуют с белками постсинаптичес­ких мембран, подвергшихся в ходе сенсорной (услов­ной) стимуляции конформационным перестройкам, и стабилизирует эти изменения. В результате нейрон при­обретает набор синаптических входов повышенной эф­фективности, обеспечивающий его участие в составе энграммы.

Данная концепция, весьма правомерная в принципе, не может быть полностью принята, ибо показано, что 95% пресинаптических моноаминергических термина-леи не образуют синапсов на нейронах, а выделяющиеся моноамины, диффундируя на значительные расстояния, оказывают модулирующие влияния на множество обра­зований. Поэтому моноаминергические системы мозга в последнее время стали причислять скорее к нейромоду-ляторным, чем к классическим медиаторным системам. Объектом таких модулирующих влияний является хо-линергическая система.

Среди вероятных медиаторов, от уровня метаболиз­ма которых зависят процессы долговременной памяти, следует упомянуть гамма-аминомасляную кислоту, глу-таминовую кислоту, а также вторичные посредники (циклические нуклеотиды и ионы кальция). Разработка этих вопросов находится только в начальной стадии.

Информационные макромолекулы. Участие нуклеи­новых кислот и белков в ключевых процессах обучения и памяти не вызывает сомнений. Теоретические представ­ления подразделяются на две группы. Согласно первой группе гипотез обучение и память связаны с кодирова­нием приобретенных форм поведения в информацион­ных макромолекулах. Согласно второй группе гипотез, исходящей из взаимосвязи генома и синтеза специфи­ческих белков нервной клетки, на основе функциональ­ного объединения нейронов возникает структурное их объединение, представляющее собой энграмму памяти.

Первая группа гипотез о кодировании индивидуаль­ного опыта в макромолекулах базируется на следующих аргументах: качественном изменении РНК и белков при обучении и возможности «переноса памяти» от обучен­ного мозга к необученному с помощью РНК или поли­пептидов.

X. Хиден (1967) считал, что под влиянием приходя­щей к нейрону импульсации происходит перегруппировка оснований в молекуле РНК, что приводит к синтезу на такой ядерной РНК молекул белка измененной структу­ры, обусловливающих избирательную чувствительность нейрона именно к данной конфигурации импульсов. Наряду с этим при обучении были описаны синтез поли­пептидов (Г. Унгар, 1973) и избирательный синтез моз-госпецифических белков. Много работ, в которых иссле­дуют участие РНК в процессах памяти, не позволяют снять целый ряд принципиальных вопросов, и поэтому нельзя исключить неспецифический характер участия нуклеотидов. Так оказалось, что введение животным стимуляторов или ингибиторов синтеза РНК отражается в первую очередь на выработке новых навыков, а не на их сохранении. Пока не получено ни одного убедитель­ного аргумента в пользу признания определяющей роли макромолекул в кодировании индивидуального опыта.

Особо стоит вопрос о так называемом «переносе па­мяти». Подобного рода исследования на беспозвоноч­ных (планарии, Д. Мак-Кеннел, 1959) и млекопитаю­щих (белые крысы, Г. Унгар, 1965) в свое время носили сенсационный характер. Но при их тщательном анали­зе оказалось, что они содержат ряд методических по­грешностей, существенно снижающих их доказательную силу. Вместе с этим нельзя не считаться с достаточно убедительными наблюдениями о наличии стимулирую­щего влияния экстракта мозга или ликвора обученных доноров на способность к обучению у реципиентов. Ви­димо, существует какой-то химический фактор, обеспе­чивающий не прямой «перенос памяти», а облегчающий формирование соответствующего навыка у животных-реципиентов. Г. Адам (1983) на основании своих иссле­дований также приходит к выводу о неспецифическом стимулирующем эффекте экстракта мозга, отвергая за ним функцию «кода памяти».

В последнее время описаны факты прямого переноса условного сахаринового отвращения у крыс (Г. А. Вар-танян, 1986). У одной группы крыс вырабатывали от­вращение к сахариновому раствору при сочетаниях пи­тья этого раствора с введением животным хлорида лития, приводящего к интестинальному шоку. Ликвор обучен­ных животных вводили субокципитально реципиентам, у которых достоверно снизилось потребление сахарино­вого раствора.

Другой формой «транспорта памяти» является пере­нос импринтинга у цыплят. Получены некоторые дан­ные, свидетельствующие об олигопептидной природе ве­щества-переносчика, а также о быстром включении этого вещества в формирование нового навыка у реципиента (Г. А. Вартанян, М. И. Лохов, 1987).

Для трактовки механизмов «переноса» может быть использована гипотеза об участии иммунологических механизмов в долговременной памяти (И. П. Ашмарин, 1975). Если представить себе, что после прохождения импульсов через синапс усиливается синтез специфичес­ких белков-антигенов, то их избыток должен выходить в околосинаптическое пространство. Эти белки взаимо­действуют с рядом расположенными клонами клеток

астроцитарнои глии и индуцируют их размножение и образование антител. Последние специфически взаимо­действуют с постсинаптическими мембранами тех же нейронов и облегчают проводимость в соответствующих синапсах. Данный клон астроцитов сохраняется в тече­ние жизни. В свете данной гипотезы действующим нача­лом «переноса памяти» может быть избыточный анти­ген пептидной природы, который способен автоматически найти в мозге реципиента либо соответствующую клет­ку глии, либо синапс.

Существует большое число данных, свидетельствую­щих о том, что полноценный белковый синтез в мозге необходим для процесса консолидации и формирования долговременной памяти. Причем при глубоком угнете­нии белкового синтеза и относительно кратковременном обучении наблюдается сохранение выработанных рефлек­сов через минуты или часы обучения. Но уже через часы и сутки после обучения выявляются глубокие наруше­ния в сохранении выработанных навыков. Следователь­но, процессы белкового синтеза не нужны в ближайшее время после обучения, они понадобятся значительно поз­же на этапе консолидации энграммы. Детальный анализ содержания белков в коре мозга обнаружил, что при формировании новой двигательной координации, связан­ной с предпочтением одной конечности у крыс, в сенсо-моторной коре возникает выраженная асимметрия в со­держании белков в крупных пирамидных нейронах.

Убедительные данные об участии в функциях памя­ти получены для двух мозгоспецифических белков S-100 и 14-3-2 (X. Хиден). Первый — активно взаимодейству­ет с мембраной и сократительными белками нейрона при участии нейронов кальция. Второй является фермента­тивным белком, участвующим в реакциях гликолиза в нейронах. Было обнаружено максимальное содержание в гиппокампе белка S-100 на 4-5-й дни обучения парал­лельно увеличению ионов кальция. В сравнении с этим Хиден показал, что консолидация памятного следа со­провождается накоплением белка 14-3-2 прежде всего в коре мозга, а не в гиппокампе. Ряд авторов вообще рас­сматривают S-100 как преимущественно глиальный бе­лок, и лишь белок 14-3-2 связывают со специфическими

процессами сохранения энграммы. А уровень белка S-100 отражает неспецифическую реакцию мозга на уси­ленное функционирование церебральных структур.

Для создания устойчивости образованной энграммы должна существовать система обновления специфичес­ких рецепторных белков, которая включает участки ге­нома, ответственные за синтез соответствующих белков. Либо должны возникать стабильные модификации ДНК, в результате которых в нейроне возникает и поддержи­вается пожизненно синтез любого нейроспецифического белка или, наоборот, выключается необратимо синтез маскирующего белка. Г. Линч и М. Бодри (1984) выдви­нули гипотезу, сущность которой состоит в следующем. Повторная импульсация в нейроне сопровождается уве­личением концентрации кальция в постсинаптической мембране. Это активирует фермент — кальций-зависи­мую протеиназу, которая расщепляет один из белков мембраны. Его расщепление освобождает замаскирован­ные ранее неактивные белковые глутаматрецепторы. Число активных глутаматрецепторов возрастает, и воз­никает состояние повышенной проводимости синапса длительностью 3—6 сут.

Эта гипотеза имеет много прямых и косвенных до­казательств в свою пользу. Она привлекает внимание тем, что позволяет рассматривать структурную ансамб­левую организацию энграммы и при этом учитывает такой важный компонент нейронной конструкции, как дендритные шипики с их белковым цитоскелетом. Ак-сошипиковые контакты — наиболее пластичное соеди­нение между нейронами, которое может быть ответствен­но за эффективность синаптической передачи. Если представить себе, как показали многие авторы, что ко­личество самих шипиков и синапсов на них увеличива­ется в онтогенезе и прямо зависит от накопления инди­видуального опыта, то есть от образования энграмм памяти, то их использование по поводу новых поведен­ческих задач и в составе новых обширных констелля­ций должно подразумевать наличие соответствующих механизмов. С одной стороны, синаптическое соедине­ние с шипиком является структурно достаточно стабиль­ным, ибо сохраняет свою целостность при центрифуги-

ровании синаптосомальных фракций, с другой — функ­ционально весьма подвижным. Последнее может дос­тигаться с помощью механизма изменения диаметра ножки шипика, который, в свою очередь, меняет со­противление мембраны. Это может обеспечиваться на­личием контрактильного аппарата в ножке шипика, который представлен молекулами белка актомиозина. Активация этих молекул может возникать при высво­бождении ионов кальция из депо, коим является содер­жащийся в головке шипиковый аппарат — эндоплаз-матический ретикулум. Высвобождение ионов кальция происходит при действии медиатора на постсинаптичес-кую мембрану. Сокращение молекулы актомиозина приводит к укорочению и утолщению ножки шипика, в результате чего меняется сопротивление и проведе­ние электрического тока к дендритному стволу. Эти представления носят еще весьма гипотетический харак­тер (А. С. Батуев, В. П. Бабминдра, 1984). Значение их в том, что они обращают внимание на построение мно­гонейронной энграммы и на наличие внутрисинапти-ческого цитоскелетного белкового комплекса регуляции синаптической эффективности.

Нейропелтиды. Г. Унгар (1977) был первым, кто об­ратил внимание на участие нейропептидов в явлениях обучения и памяти, которые служат, с его точки зре­ния, своеобразными маркерами специфических нейрон­ных путей.

В настоящее время основные исследования проведе­ны на гормонах гипоталамо-гипофизарного происхожде­ния или их фрагментах — коротких цепочках амино­кислотных остатков.

Нейропептиды обнаружены в аксонных окончаниях нейронов вместе с медиаторами. Установлено, что ней­ропептиды могут усилить или затормозить действие ме­диатора. Такие нейропептиды-спутники вместе с меди­аторами создают и поддерживают на постсинаптической мембране специфические рецепторные мозаичные на­боры, способствующие быстрому проведению опреде­ленного вида возбуждения. Пептид-спутник повышает сродство рецептора к основному медиатору, он более стабилен, чем основной медиатор, что обеспечивает

пролонгированное облегчение проведения через синапс (И. П. Ашмарин, 1987).

Так, адренокортикотропный гормон (АКТГ) и кор-тикостероиды и их модификации существенно влияют на обучение и память. Их эффект зависит от интенсив­ности обучения, он ослабевает по мере увеличения ин­тервала между обучением и введением пептида и явля­ется достаточно кратковременным.

Специальные исследования на животных с разрушен­ным гипофизом выявили у них значительный дефицит памяти. Последнее связывали с недостатком в организ­ме гипофизарного гормона — вазопрессина. Дополнитель­ные опыты на линии крыс с генетическим дефицитом вазопрессина и нарушением памяти и улучшением ее после инъекции дополнительных количеств вазопресси­на подтвердили участие этого пептида в формировании памятных следов. Причем у этих животных страдал не сам процесс обучения, а именно консолидация сформи­ровавшихся энграмм. Противоположное действие ока­зывал другой гормон гипофиза — окситоцин. который рассматривают как естественный амнезирующий нейро-пептид. Он нарушает сохранение выработанных навы­ков независимо от типа обучения у животных.

Среди других нейропептидов выделяют эндогенные опиоиды — эндорфины и энкефалины, которые оказы­вают выраженное влияние на обучение и память, замед­ляют угашение условных рефлексов, улучшают их со­хранение, хотя и ухудшают их формирование.

Большинство ученых склоняются к представлению о том, что нейропептиды регулируют память через взаи­модействие с медиаторами и через их влияние на мета­болизм макромолекул. Действительно, оказалось, что предварительное разрушение голубого пятна предотвра­щает усиливающее действие вазопрессина на процессы консолидации. Такой же эффект возникает при предва­рительном разрушении серотонинергических нейронов ядер шва. Но в отсутствие норадренергической системы чувствительность серотонинергической системы возрас­тает. В свою очередь имеются данные о том, что влияние серотонина на консолидацию энграммы опосредуется через систему опиоидных пептидов.

Таким образом, прослеживается тесная взаимосвязь всех без исключения нейрохимических механизмов обу­чения и памяти. По-видимому, изменение белкового ме­таболизма является тем конечным звеном, через которое реализуются любые воздействия на процессы обучения и памяти. За счет изменений белкового метаболизма осу­ществляются процессы формирования и закрепления многонейронной энграммы. «Хранителем всех форм ней-рологической памяти служит система межнейронных вза­имодействий, и участие информационных биополимеров проявляется лишь во включении или выключении актив­ности различных участков предшествующего генома, а не в синтезе новых нуклеотидных или аминокислотных последовательностей».¹ Дальнейшая задача состоит в раз­делении специфических и неспецифических факторов формирования энграммы памяти с углубленным анали­зом ее нейрохимических и структурных основ.

§ 41. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Различают генетическую, иммунологическую и ней-рологическую (нервную) формы памяти. Последняя под­разделяется на кратко- и долговременную память, по­мимо которых выделяют еще и промежуточную память. Перевод значимой информации из кратко- в долговре­менную память называется консолидацией энграммы, то есть образованием структурно-химических изменений, фиксирующих внешнюю ситуацию и отношение к ней самого субъекта.

Кратковременная память только что минувших со­бытий или впечатлений, извлеченных из долговремен­ной памяти, основывается на импульсной реверберации в замкнутых нейронных цепях. Долговременная память формируется на основе синтеза макромолекул — нуклеи­новых кислот и белков — и связана с активацией гене­тического аппарата нервной клетки, в результате чего возникают изменения в мембранах нейронов и межней­ронных связях.

¹ Ашмарин И. П. Молекулярные механизмы нейрологической па­мяти // Механизмы памяти (Руководство по физиологии). Л., 1987. С. 61.

Дата добавления: 2015-07-10