Мэтт Ридли - Геном
Давайте познакомимся с тем, что уже известно об этой великой тайне. Обнаружение мутации volado подбросило нам гипотезу, что интегрин играет ключевую роль в процессах обучения и запоминания. Но еще раньше у ученых уже были сведения о важности интегрина. Так, к началу 1990-х годов уже было известно, что лекарства, блокирующие интегрин, влияют на память. Особо сильное воздействие эти препараты оказывают на процесс длительной потенциации, т.е. на долговременную и ассоциативную память. В глубине мозга находится структура, называемая гиппокампом (от греч. hippocampus — морской конек). Часть гиппокампа называют рогом Амона (древнеегипетский бог, которого часто изображали в виде козла или барана и которого Александр Македонский объявил своим отцом после таинственного посещения им оазиса Сива в Ливии). В роге Амона собрано множество пирамидальных нейронов (опять ассоциация с Древним Египтом), к которым подходят многочисленные отростки сенсорных нейронов. Пирамидальный нейрон довольно трудно активизировать. Для этого требуется по крайней мере несколько импульсов, пришедших одновременно от разных сенсорных нейронов. После активизации пирамидальный нейрон становится более чувствительным, но его чувствительность избирательна. Он реагирует только на сигналы от тех нейронов, которые активизировали его. Так, вид пирамиды и слово «Египет» могут образовать пару с общим пирамидальным нейроном, в результате чего один сигнал вызывает ассоциацию с другим сигналом. В то же время словосочетание «морской конек», даже если сигнал от него направляется к тому же самому пирамидальному нейрону, не вызывает ассоциаций ни с пирамидами, ни с Египтом, поскольку сигналы не были одновременными. Это пример работы процесса длительной потенциации. Возможно, теперь, если вы услышите слово «Египет», вам вспомнится пирамидальный нейрон. Это значит, что у вас в гиппокампе сложилась еще одна ассоциация.
Долговременная потенциация, также, как и процесс обучения морских червей, полностью основана на изменении физиологических свойств синапсов. В данном случае изменяется проводимость синапсов между сенсорными и пирамидальными нейронами. Изменение свойств синапсов происходит с участим интегрина. Интересно, что блокирование инегрина не мешает возникновению ассоциации, но препятствует закреплению этой ассоциации на длительное время. Вероятно, от интегрина как-то зависит прочность образовавшегося синапса.
Рассмотрев приведенные выше примеры, можно предположить, что память хранится в пирамидальных нейронах. Воспоминания о детстве вообще не связаны с гиппокам- пом. Они хранятся в коре головного мозга. В гиппокампе происходит подготовка материала для длительного запоминания. Каким-то образом вновь появившиеся ассоциации передаются в кору головного мозга для длительного хранения. Мы знаем это благодаря врачебным описаниям последствий нескольких трагических несчастных случаев, произошедших в 50-х годах прошлого столетия. Один из пациентов, известный в научной литературе как Н.М., перенес лоботомию, необходимую для прекращения припадков эпилепсии, которые появились у него после аварии на велосипеде. Другой пациент, известный как N.A., был оператором авиационного радара. Однажды он собирал модель самолета за своим столом, чтобы скоротать время. Так случилось, что он отвлекся от своего занятия и резко повернулся. В это время его товарищ, тоже видимо от скуки, упражнялся с рапирой и как раз делал выпад вперед. Рапира прошла через ноздрю прямо в мозг несчастного.
Оба человека по сей день страдают амнезией. Они помнят только то, что было с ними в детстве и в молодости, но память резко обрывается на событиях, происшедших за несколько лет до несчастного случая. Они помнят и могут повторить то, что произошло несколько минут назад, если не перебить их. Но стоит их отвлечь, и память моментально стирается. Кратковременная память не переходит в долговременную. Они не помнят лиц людей, с которыми встречаются каждый день на протяжении всех лет после несчастного случая. N.A., у которого амнезия в более легкой форме, жаловался, что не может смотреть фильмы, так как за время рекламы полностью забывает, о чем был фильм.
Н.М. может усваивать новые практические навыки и легко затем использует их в жизни, однако не помнит, когда он этому научился и кто его учил. Все вышеизложенное свидетельствует о том, что процессуальная память формируется иначе и отделена от декларативной памяти фактов и событий. Это различие между типами памяти подтверждается другими наблюдениями. Так, были описаны случаи амнезии у трех юношей, которые не могли запоминать факты и события, но, тем не менее, закончили школу, поскольку чтение, письмо и решение задач давались им без видимых затруднений. Сканирование мозга показало, что у всех трех юношей размер гиппокампа меньше, чем у других людей (Vargha-Khadem F. et al. 1997. Differential effects of early hip- pocampal pathology on episodic and semantic memory. Science 277: 376-380).
Сейчас уже мы не только знаем, что запоминание происходит с участием гиппокампа, но можем предположить, как это происходит. У пациентов Н.М. и N.A. были повреждены участки мозга, связывающие между собой две области обработки и хранения памяти — серединная часть височной доли большого мозга (была удалена у Н.М.) и промеясуточный мозг (частично поврежден у N.A.). Базируясь на этих данных, неврологи постепенно сузили область поиска основного центра памяти до области, называемой околоносовым кортексом. В этой области сигналы от зрительных, слуховых, обонятельных и других сенсорных нервов обрабатываются и превращаются в ассоциативную память, вероятно, при активном участии белка CREB. Затем информация передается в гиппокамп, а оттуда — в промежуточный мозг для временного хранения. Если информация окажется востребованной, то она передается для длительного хранения в кору головного мозга. Вам знаком этот странный момент, когда вы вдруг ловите себя на том, что можете вспомнить номер телефона, не заглядывая в записную книжку. Просто ночью во время сна информация из промежуточного мозга была помещена в кору головного мозга. В экспериментах на крысах было показано, что нейроны промежуточного мозга активизируются ночью.
Мозг человека — гораздо более впечатляющее творение, чем геном. Триллионы синапсов, образующих трехмерную сеть, несут в себе несравнимо больше информации, чем миллионы нуклеотидов, выстроенных в линейную нить. Мозг — не только хранилище данных, но также самый мощный компьютер для обработки этих данных. Для его функционирования необходима энергия и множество белков, обеспечивающих генерирование электрических импульсов и химических сигналов. Насколько это сложнее молекулы ДНК, состоящей всего из четырех нуклеотидов! Кроме того, синапсы и нейроны постоянно меняются и воспринимают новую информацию, даже когда вы просто смотрите вдаль. Чтобы внести изменения в геном, требуются многие поколения. Мозг воспринимает информацию, которая в свою очередь изменяет мозг, делает его более ловким в восприятии и обработке информации особого типа. Этот процесс саморазвития мы называем практикой. Геном в этом плане гораздо более консервативен. На протяжении миллиардов лет одни и те же гены выполняют одни и те же функции под управлением одних и тех же механизмов контроля и регуляции. Насколько наша жизнь разнообразнее и богаче сухой механики генов! Остановимся на этом и вспомним, о чем предупреждал нас Джеймс Марк Болдуин и что так высоко оценили современные разработчики искусственного разума: генетическая наследственность и воля разума являются двумя сторонами медали. Мозг создается генами. Мозг настолько хорош, насколько хорош проект мозга, заложенный в генах. Способность мозга изменяться в ответ на сигналы из окружающей среды также предопределена генами. Великой тайной природы является то, как простой, линейный и консервативный геном может кодировать сложный, трехмерный и динамически развивающийся мозг. Эта тайна еще ждет своих первооткрывателей, в числе которых будут не только генетики, но и кибернетики, философы и социологи. Гены демонстрируют нам удивительный пример прогрессивной эволюции, но не за счет усиления контроля над организмом, а за счет делегирования своих полномочий более высокоорганизованным структурам. Нам есть чему поучиться у наших генов.
Хромосома 17 Смерть
Процесс накопления знаний означает не только возникновение новых связей между нейронами, но и удаление старых связей. В мозгу эмбриона нервные клетки образуют значительно более сложную сеть взаимосвязей, многие из которых разрываются и исчезают по мере взросления. Например, у новорожденных половина клеток зрительной коры головного мозга получает импульсы сразу от обоих глаз. Вскоре после рождения в результате радикального обрезания лишних аксонов происходит разделение зрительной коры больших полушарий на области, которые обрабатывают информацию только от левого или правого глаза. Удаление несущественных связей ведет к функциональной специализации областей мозга. Точно так же скульптор скалывает лишние части в глыбе мрамора, чтобы освободить скрытое в ней произведение искусства. У слепых от рождения младенцев млекопитающих специализации зрительной коры мозга не происходит.
