Тайны мозга - Каплан Александр Яковлевич

В России долговременными изменениями в постсинапсе занимаются сотрудники Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии исследователи под руководством профессора Павла Милославовича Балабана. Оказалось, что долговременная память реализуется уже с участием структур синапса по другую сторону синаптической щели, в постинапсе. Ведь усилить эффект передачи с чувствительного на двигательный нейрон можно не только увеличением выброса медиатора из пресинапса, но и усилением чувствительности к нему в постсинапсе. Этим занимается другой сигнальный белок — протеинкиназа М-зета, который появляется в постсинапсе, как только начинается обучение.

«Изменения в пресинапсе зарегистрированы на молекулярном уровне в течение всего десятков часов, после чего либо он растет, что оказалось напрямую связано с постсинапсом, либо всё возвращается к норме. 5-10 лет назад вообще все изменения в синапсах ошибочно трактовали как пресинаптические», — объясняет профессор Балабан. В его лаборатории роль протеинкиназы М-зета в памяти исследуется на улитках, которым в террариуме приготовлены две дорожки к источнику пищи: одна плоская, а другая, как водится, криволинейная. Как и полагается, за прогулку по кривой дорожке полагается наказание, все тот же электрический ток. В такой ситуации улитки быстро учатся избегать кривых дорожек и сохраняют этот навык многие недели. Однако, если в период обучения им введен специфический блокатор протеинкиназы М-зета, то примерное поведение тут же забывается. Нужно опять применить кнут и пряник, чтобы улитка встала на правильный путь.

Все сходится, белок протеинкиназа М-зета ответственен за долговременную память и все это действо происходит в постсинаптических структурах. Но протеинкиназа М-зета — белок, как же ему удается не деградировать и долго сохраняться в постсинапсе без поддержки генома? Ученые раскрыли секрет: протеинкиназа М-зета оказалась не простым белком. Однажды достигнув определенного содержания в клетке, этот белок брал под контроль свой синтез, начиная со снятия блокады на транскрипцию с соответствующего гена. Все эти процессы успевали запуститься, пока работой пресинапса навык удерживался в кратковременной памяти.

Казалось бы, истоки кратковременной и долговременной памяти уже обозначены. Но ученым не давала покоя простая логика: если разблокировать ген протеинкиназы М-зета, то шифрограммы этого гена — МРНК разлетятся по всем синапсам данной нервной клетки, везде начнется активный синтез протеинкиназы М-зета, а на самом деле, и других сигнальных молекул, и таким образом, усилится передача сразу все синапсы. Вместе с этим потеряется специфика выработки конкретных навыков. Все равно, что вместо кнопки «ответить» в электронной почте ошибочно нажать кнопку «ответить всем»: личное письмо разлетится по всем адресам.

К счастью, такие ошибки в нейронных рассылках невозможны. Скопированные с гена МРНК достигают пресинаптических структур в неактивной форме, и уже на месте могут быть активированы при наличии признаков повышенной атаки медиаторами со стороны пресинапса. Этим фактором активации является еще один загадочный белок СРЕВ (cytoplasmic polyadenylation element binding protein), особенностью которого является то, что он может находиться в одном из двух состояний: нейтральном и активирующем.

Словом, как бы ни были велики познания ученых в механизмах памяти, им еще копать и копать вглубь таинственных процессов памяти. Что говорить, если в недавней статье американских исследователей из Калифорнии с красноречивым названием ‘Prkcz null mice show normal learning and memory” (Prkcz— это протеинкиназы М-зета), опубликованной в едва ли не самом почитаемом в научном мире журнале Nature, авторы сообщили, что они вырастили мышей, у которых искусственным образом был удален ген протеинкиназы М-зета. И ничего, мыши как мыши! Хотя блокатор протеинкиназы М-зета по-прежнему на этих мышей действовал, память у них ухудшалась.

Ресурсы мозга

В вопросах о ресурсах мозга в первую очередь, как правило, речь заходит о памяти, поскольку это свойство легко поддается измерению. Насколько велики ее ресурсы? Хранит ли она в каких-то структурах нервных клеток «записанный» в них опыт наших дедушек и бабушек? Знание языков далеких предков? Может, этапы развития всего человечества? Если не так глобально, то хотя бы «пишутся» ли в мозгу все наши впечатления или, в силу ограниченности памяти, новые кадры затирают старые, как в автомобильных регистраторах?

Любители продемонстрировать свою память выбрали для соревнований последовательность знаков в числе «пи», кто больше цифр заучит. Если воспользоваться одним из нехитрых школьных мнемонических приемов, то быстро можно запомнить, например, целых 13 чисел после запятой.

Понятно, что если этот стишок превратить в поэму, то после запятой можно запомнить гораздо больше, чем 13 цифр. Но все же не 13 тысяч! Тем не менее 70-летний учитель истории из Химок Владимир Кондряков воспроизвел по памяти 13 183 знака числа «пи». Удивительно, но уважаемый учитель обладает самой обыкновенной памятью. Просто он разработал собственную систему запоминания цифр, в которой каждая цифра обозначалась сочетанием букв. Таким образом, последовательности из 50 цифр он запоминал как тексты, фактически — тоже как некие стишки. Последовательность текстов он обозначил картинами, развешанными в длинной галерее. Оставалось только все это заучить, на что у Владимира Кондряковаушло три месяца. И это далеко не предел. Не отличавшийся особой памятью Японец Акира Харагучи под запись видео и в присутствии многочисленных свидетелей за 16 часов выписал на доске 100 тысяч знаков числа «пи», которые он заучивал по своей системе тоже несколько месяцев.

Для компьютерной памяти 100 тысяч цифр из обычной таблицы знаков, в которой на каждый знак тратится один байт, — это ничтожный ресурс, всего 100 Кб. И для мозга это какой-то несерьезный объем информации, так как, например, листая словарь русского языка, мы можем убедиться, что нам знакомы по меньшей мере десятки тысяч слов, не говоря уже о том, что оглянувшись вокруг в любом месте, мы узнаем множество зрительных, звуковых, запаховых и других деталей окружающего мира. А еще нам знакомы и понятны бесчисленные отношения и смысловые комбинации между всеми этими объектами. Очевидно, что память человека необозрима, но вот для многих почему-то затруднительно запомнить с ходу даже номер телефона. Почему-то для запоминания требуется многократное механическое повторение.

Правда, рекорды памяти существуют и для запоминания без повторений. Бухгалтер из Великобритании Бен Придмор, который по его словам в школе выучил всего одно стихотворение, и то — по случаю, стал чемпионом мира по быстроте запоминания однократно выложенных перед ним последовательности карт. За один час он без единой ошибки успевал запомнить 28 колод, то есть последовательность из 1456 карт. Чуть более двух минут на каждые 52 карты! Секрет Бена Придмора, как и у школьных чемпионов, состоял в использовании мнемонических правил. В случае с картами каждой из них придавался какой-то образ, который затем тем или иным смыслом привязывался к образу другой карты и так далее, все карты колоды объединялись в короткий рассказ, почти как все тот же стишок. Бен Придмор, как и другие мнемонисты, заранее заготавливал эти образы и способы составления рассказа. Оставалось только для каждой новой раскладки колоды на основе этих заготовок за две минуты сочинить новый рассказ, а потом помнить не такую уж большую последовательность этих рассказов. Знаменитая «Маленькая книжечка о большой памяти» А.Р. Лурии — о том же, как обычный журналист придумал себе способы мнемоники, чтобы, обладая обычной памятью, запоминать намного больше обычного.