Долговременная память. Механизмы долговременной памяти иные по сравнению с кратковременной памятью

Механизмы долговременной памяти иные по сравнению с кратковременной памятью, но они включаются как следствие процессов, ее формирующих.

В основе долговременной памяти лежат сложные структурно-химические преобразования на системном и клеточном уровне головного мозга. Эти преобразования сосредоточены в синапсе, в участке межнейронных взаимо-действий, а также на уровне генома клетки, которые связаны со сложными процессами синтеза белка в нейронах.

• Морфологические теории

• Глиальные теории

• Медиаторная теория

• Молекулярные теории

►Морфологические теории

Основная гипотеза долговременной памяти базируется на признании того, что фиксация следа памяти связана со стойкими изменениями синаптической проводимости в пределах определенного нейронного ансамбля (по Д.О. Хеббу - обучающиеся популяции, ансамбли).

Авторы этих теорий полагают, что долговременная память связана с образованием новых синаптических контактов на телах нейронов ЦНС, а также с увеличением размеров синапсов. Считают, что долговременная память связана с разрастанием дендритов и увеличением числа шипиков на дендритном дереве нйронов мозга. Обнаружено, что при этом увеличивается число коллатералей аксонов нейронов.

►Глиальные теории

Авторы этой теории считают, что долговременная память связана с активностью глиальных клеток, окружающих нейроны, Эти клетки по мере обучения животных синтезируют специальные вещества, облегчающие синаптическую передачу, а также изменяют возбудимость соответствующих нейронов. При обучении в глиальных клетках увеличивается содержание РНК. Установлено, что деполяризация нейронов вызывает их миелинизацию, что в конечном счете также приводит к возрастанию эффективности синаптической передачи возбуждения (А,И, Ройтбак). Некоторые авторы полагают, что клетки глии своеобразно программируют деятельность нейронов мозга.

Интересная иммунологическая гипотеза, объясняющая про­цесс трансформации функциональных свойств неэффективных синапсов в эффективные применительно к механизмам памяти, была предложена И.П.Ашмариным (1975). Допус­кается, что в результате непрерывного по­ступления к нейрону сигнальной информа­ции в протоплазме нейрона усиливается син­тез специфических белков-антигенов (глико-протеинов памяти), характерных для данного нейрона. Эти белки являются компонентами синаптических мембран, и, когда нейрон пребывает в состоянии относительного по­коя, они синтезируются в количествах, до­статочных только для их обновления. В пери­од повторной импульсации, например, в ходе реверберации, при выработке ассоциативной связи происходит усиление синтеза белков-антигенов. В результате избыточного образо­вания белки-антигены начинают переме­щаться за пределы нейрона — в околоней­ронное (околосинаптическое) пространство. Воздействуя на расположенные вблизи ней­рона клетки астроцитарной глии, белки-антигены индуцируют процесс образования антител или антителоподобных субстанций. Антитела или антителоподобные субстанции вступают во взаимодействие с гликопротеи-нами в составе постсинаптических мембран тех же нейронов.Связываясь с ними, они ви­доизменяют функциональную активность си­напса, при этом синапс из неэффективного переходит в разряд эффективных, начиная «узнавать» первичный раздражитель, обес­печивая его облегченное проведение через нейрон.

►Медиаторная теория

На синоптическом уровне под влиянием обучения бнаружено увеличение количества постсинаптических рецепторов - холинорецепторов, глутамат-рецепторов, возможно, и других - серотонинэргических, адренергических. При этом происходит либо синтез новых молекул рецепторных белков, либо демаскировка и активация уже существующих.

• Установлено повышение чувствительности кортикальных нейронов к различным медиаторам в процессе обучения:

• к ацетилхолину, что облегчает обучение, фиксацию и извлечение памятных следов;

• к серотонину, что ускоряет обучение на эмоционально положительном подкреплении (н-р с пищевым);

• к норадреналину, что ускоряет обучение с электрокожным подкреплением;

• к другим медиаторам - гамма-амино-масляной кислоте, глутаминовой кислоте. Так, по некоторым представлениям, повторная импульсация в нейроне сопровождается увеличением кальция в постсинаптической мембране, активацией кальций-зависимой протеиназы, которая расщепляет один из маскирующих белков глутаматрецепторов. С возрастанием количества глутаматрецепторов повышается проводимость синапса.

►Молекулярные теории

•Молекулярный механизм формирования следов памяти был открыт американским нейробиологом Эриком Кенделом, за что он и удостоился Нобелевской премии. Вначале ученый исследовал память мышей и крыс в процессе обучения. Но их мозг оказался слишком сложным для изучения, и он обратился к более простой экспериментальной модели - нервной системе брюхоного моллюска аплизии (Aplysia California).

Большинство молекулярных теорий связывают механизм долговременной памяти с деятельностью генетического аппарата нейронов и глиальных элементов мозга, в частности с синтезом РНК.

Роль РНК. Установлено, что нейроны мозга по сравнению с клетками других тканей организма содержат максимальное количество РНК – 20- 2000 пг на каждую нервную клетку, что составляет 5- 10 % ее сухой массы. Кроме того, нейроны характеризуются максимальным количеством активных генов.

•Наличие «молекул памяти» впервые было показано в экспериментах на червях планариях. Широкую известность получили опыты с «переносом» условных реакций у планарии. Показано, что у планарии, накормленных взвесью тканей обученных особей, без специального обучения в ответ на действие условного раздражителя проявляется характерная условно-оборонительная реакция(Мак Коннел).

•Одной из распространенных химических теорий памяти является гипотеза Х.Хидена. Им были разработаны специальные микрометоды выделения отдельных нейронов мозга и анализа в них РНК.

Хиден предположил, что под влиянием приходящей к нейронам импульсации происходит перегруппировка оснований в молекуле РНК, что в свою очередь приводит к синтезу на таких измененных молекулах РНК специфического белка, обуславливающего избирательную чувствительность нейронов именно к данной конфигурации импульсов.

Гетеросинаптическое облегчение. Показано также, что запоминание сиг­нальных свойств индифферентного возбуждения при выработке условных рефлексов может быть результатом синаптического об­легчения реакций нейрона на индифферент­ный стимул в ходе его сочетаний с безуслов­ным подкреплением. Соответствующий фе­номен получил название гетеросинаптического облегчения. В чем оно конкретно про­является?

Если проводить электрическую стимуляцию афферентных проводников, конвергирующих к одному и тому же нейрону. При слабом раздраже­нии первого проводника («условный» стимул) нейрон отвечает небольшим возбуждающим постсинаптическим потенциалом (ВПСП). При силь­ном раздражении второго проводника («безуслов­ный» стимул, подкрепление) нейрон отвечает ВПСП большой амплитуды, на фоне которого ге­нерируются потенциалы действия. Как выясни­лось, сочетание первого и второго воздействий в течение нескольких минут постепенно приводит к усилению амплитуды ВПСП на «условный» сти­мул и возникновению потенциалов действия, ана­логичных тем, которые возникали в ответ на «без­условный» стимул. Облегчение ответов на «услов­ный» стимул в таких опытах сохранялось 10—40 мин после отмены «безусловного» стимула, т.е. характеризовалось следовым эффектом. Послед­ний можно было трактовать как проявление запо­минания и информационно значимого (условно­го) раздражителя.

Наиболее впечатляющие результаты при проведении описанных выше экспериментов удалось зафиксировать на нейронах гиппокампа, где следовые изменения синаптической активности в процессе переработки вход­ной импульсации сохранялись на протяже­нии часов и даже дней.

Каковы причины, лежащие в основе гетеросинаптического облегчения? Допускается следующий принципиальный механизм. Синаптический контакт на некотором интеграторном нейроне проводит возбуждение от ус­ловного раздражителя (рис. 1).

Рис. 1. Механизм повышения эффективности синаптической передачи в процессе образования временной связи между условным и безусловным возбуждением в ходе выработки условного рефлек­са (по Х.Матиссу). 1—7 — описание в тексте.

Исходно нейрон на условный раздражитель не реаги­рует из-за низкой реактивности постсинаптической мембраны синапса 1 к выделяемому медиатору 1. Однако под влиянием квантов медиатора здесь возникают кратковременные конформационные перестройки постсинаптической мембраны. Синаптический контакт 2 обеспечивает передачу возбуждения на интеграторный нейрон от безусловного раздра­жителя. Выделяемый здесь медиатор 2 вызы­вает выраженную ответную реакцию. Пред­полагают, что возбуждения безусловного происхождения, помимо чисто электричес­ких эффектов возбуждения нейрона-мише­ни, ускоряют протоплазматические биохимические реакции (3), направленные на актива­цию генома (4) ядра нервной клетки. Резуль­татами такой активации являются изменение синтеза РНК и синтез в рибосомах нейрона (5) нейроспецифического белка. В последую­щем вновь синтезированный белок (6) пере­мещается в сторону постсинаптической мем­браны того синапса, который подвергся подпороговой активации в результате воздейст­вия на него возбуждения условного проис­хождения. На заключительном этапе проис­ходит встраивание белковой молекулы в постсинаптическую мембрану данного си­напса, при этом функциональная активность синапса 1 изменяется: из неэффективного синапс превращается в эффективный.

•На основании другой группы гипотез (специфических белков-) в процессе фиксации долговременной памяти происходит синтез специфических белков нервной клеткинейропептидов- (кондукторов), способствующих функционально-структурному объединению нейронов, представляющему энграмму памяти.

Основные опыты были проведены на пептидных гормонах гипоталамо-гипофизарного происхождения или их фрагментах - коротких цепочках аминокислотных остатков. Так, у животных с генетическим дефицитом вазопрессина и нарушением памяти при введении им дополнительных количеств этого гормона обнаружили ее улучшение. Наоборот, окситоцин нарушает сохранение выработанных рефлексов.

Несомненный интерес представляют опыты с АКТГ, мела-ноцитстимулирующим гормоном. Как выяснилось, они обладают спо­собностью стимулировать запоминание при введении извне (И.П.Ашмарин, Р.И.Крути­ков). Заметно улучшают обучение и память эндогенные опиатные пептиды — эндорфины и энкефалины.

Белки-кондукторы появляются в синапсе вместе с медиаторами, выделяясь из разных или тех же везикул, а также поступая из постсинаптосомы в качестве "обратных посредников", и воздействуют на чувствительность рецепторов к медиаторам, увеличивая скорость передачи информации в синапсе. Кроме того, нейропептиды - "обратные посредники" участвуют в "объемной передаче" информации, диффундируя к другим синапсам и увеличивая там возбудимость рецепторных мембран.

Показано, что пептиды могут находиться в пресинаптических терминалях в качестве сопутствующего медиатора. Например, вместе с норадреналином часто выделяются нейропептид У, опиоидные пеп­тиды, соматостатин. Дофамин часто выделя­ется окончаниями аксонов вместе с холецистокинином, энкефалином; ацетилхолин — с вазоактивным интестинальным пептидом, энкефалином, люлиберином; серотонин — с веществом П, тиролиберином, холецистоки-нином (И.П.Ашмарин). Доказано, что выде­ление пептидов в пресинаптических оконча­ниях зависит от частоты работы нейрона, при этом избыточное выделение пептида-спутни­ка всегда наблюдается при усилении актив­ности нейронов. Различные медиаторы могут оказывать разные эффекты в процессах ус­воения и хранения информации. Серотонин, например, ускоряет обучение и удлиняет со­хранение навыков при положительном эмо­циональном подкреплении (например, пище­вом). Норадреналин ускоряет обучение при отрицательном эмоциональном подкрепле­нии (например, электрокожном). Как влияют пептиды на клетку-мишень? Пептид-спутник может значительно повысить сродство рецеп­тора постсинаптической мембраны к основ­ному медиатору. Например, вазоактивный интистинальный пептид (ВИП) усиливает сродство к ацетилхолину более чем в 10 000 раз. Пептиды выделяются нервными клетка­ми не только в синаптическую щель, но и во внеклеточное пространство. Эффективный путь диффузии пептидов может составить 1мм и более. Этого вполне достаточно, что­бы охватить своим влиянием (непосредствен­но или через систему вторых посредников — циклических нуклеотидов, ионов кальция) микроансамбль нейронов, изменяя его сум­марную возбудимость, синхронизируя реак­тивность его нейронов, обеспечивая тем самым их включение в некоторый адаптив­ный поведенческий акт.

Так, Унгар (1971) вырабатывал у крыс темновой стресс путем электрического их раздражения в темноте, в которой крысы наиболее и предпочтительно активны, - скотофобию. Из мозга животных со скотофобией он выделил пентапептид (из 15 аминокислот), который после его введения необученным животным вызывал у них скотофобию. Белок был назван скотофобином.

Прямые доказательства участия пептидов в механизмах памяти можно получить, кон­тролируя их выделение во внеклеточное про­странство по показателям изменения хими­ческого состава цереброспинальной жидкос­ти у животных при обучении.

Известна молекулярная гипотеза памяти П.К.Анохина (1968), согласно которой био­химические процессы, протекающие на уров­не протоплазмы, вызывают динамические из­менения генома нейрона, вызывая пере­стройку кода РНК, следствием чего является синтез адекватных для данной ситуации новых молекул белка, являющихся храните­лем полученной информации. Допускают, что белковая молекула, в структуру которой вводится следовой отпечаток изменений мо­лекул РНК, становится чувствительной к специфическому «узору» входного импульс­ного потока, что обеспечивает процесс его идентификации — узнавания (Х.Хиден).

Хотя механизмы долговременной памяти изучены недостаточно, гипотезы, акцент в которых делается на изменениях белкового обмена нейрона в качестве обязательного ус­ловия запоминания (консолидации памяти), в целом подтверждаются. Так, при угнетении механизмов, регулирующих синтез нейроспе-цифических белков, выработанные условные рефлексы при простых формах обучения со­храняются лишь на протяжении нескольких минут. Несомненные данные об участии в механизмах памяти получены в отношении двух мозгоспецифических белков: S-100 и 14-3-2, содержание которых при обучении увеличивается, особенно в гиппокампе (бе­лок S-100) и в коре головного мозга (белок 14-3-2). Поскольку подавление синтеза белка не влияет на кратковременную память, можно считать, что механизмы кратковренной | и долговременной памяти различны.

Таким образом, изменение белкового ме­таболизма нейрона является решающим зве­ном сложнейшей цепи процессов формиро­вания и закрепления следов памяти — энг­раммы. Следовательно, долговременную па­мять можно называть структурной памятью.

Забывание - способность забывать имеет огромное значение в выживании людей. Мозг должен освобождаться от ненужного груза впечатлений и сведений. Память как бы сама регулирует нагрузку, готовится к приему новой информации. При этом старая информация не исчезает бесследно, но переходит из активной памяти в пассивную, откуда иногда ее удается извлечь. Это замечательное свойство спасает многих людей в трагических ситуациях

Дата добавления: 2015-07-11