Долговременная память

Основой долговременной памяти являются структурные и био­химические изменения в нейронах (синтез белка), длительность - минуты - часы - дни и на протяжении всей жизни при повторении информации; ее объем практически безграничен. Долговременная память устойчива при мозговых нарушениях. Она формируется с помощью механизмов кратковременной памяти,поэтому четкой границы между кратковременной и долговременной памятью нет (синтез белка при поступлении информации в виде нервных им­пульсов и выделении соответствующих медиаторов начинается уже через несколько минут, иногда через несколько десятков минут). Уже за 1 час наблюдается хорошая консолидация памяти. Причем информация запоминается лучше, если она привлекла внимание -мозг сам ее повторяет и лучше усваивает. При этом важную роль играют синаптические процессы (феномен потенциации).

А. Синаптические процессы.Многочисленные эксперименты показали, что связывание индифферентного возбуждения с безус­ловным при выработке условных рефлексов может быть результа­том синаптического облегчения реакций нейрона на индиффе­рентный стимул в ходе сочетаний индифферентного стимула с безусловным подкреплением [Воронин Л.Л., Соколов Е.Н., Ма­тисс X. и др.]. Соответствующий феномен получил название гете-росинаптического облегчения. В чем оно конкретно проявляется?

Будем проводить электрическую стимуляцию афферентных проводников, конвергирующих к одному и тому же нейрону. При слабом раздражении первого проводника («условный» стимул) нейрон отвечает небольшим ВПСП. При сильном раздражении второго проводника («безусловный» стимул, подкрепление) ней­рон отвечает ВПСП большой ампдитуды, 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 информационно значимых (услов­ных) раздражителей, поступающих к регистрируемому нейрону.

Наиболее впечатляющие результаты 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 (рис. 6.7). Синаптический контакт (1) на некотором интеграторном ней­роне проводит возбуждение от условного раздражителя. Исходно нейрон на условный раздражитель не реагирует вследствие низкой реактивности постсинаптической мембраны синапса (1) к выделяе­мому медиатору (1). Однако под влиянием квантов медиатора здесь возникают кратковременные конформационные перестройкипост­синаптической мембраны. Синаптический контакт (2) обеспечивает передачу возбуждения на интеграторный нейрон от безусловного раздражителя. Выделяемый здесь медиатор (2) вызывает выражен­ную ответную реакцию. Предполагается, что возбуждения безус­ловного происхождения, помимо чисто электрических эффектов возбуждения нейрона-мишени, ускоряют протоплазматические биохимические реакции (3), направленные на активацию генома ядра нервной клетки (4).Результатом такой активации является измене­ние синтеза РНК и синтеза в

рибосомах нейрона (5) нсйроспецифичс-ского белка. Впоследующем 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 пост-синаптическую мембрану данного синапса (7), при этом функцио­нальная активностьсинапса-! изменяется - из неэффективного синапс превращается в эффективный.

Хорошая консолидация памятиразвивается в течение часа, причем информация запоминается лучше, если она привлекла внимание, - мозг сам ее повторяет и лучше усваивает. Интересная гипотеза, объясняющая процесс трансформации функциональных свойств неэффективных синапсов, была предложе­на И.П.Ашмариным (1975). Допускается, что в результате непре­рывного поступления к нейрону сигнальной информации в протоплазме нейрона усиливается синтез специфических бел­ков-антигенов (гликопроте-шм,! 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,при этом синапс из неэффективного перехо­дит в разряд эффективных - начинает «узнавать» первичный раздражитель, обеспечивает его облегченное проведение через нейрон.

Б. Важную роль в консолидации памяти играют нейропептиды.

Показано, что пептиды могут находиться в пресинаптических терминалях в качестве сопутствующего медиатора. Например, вместе с норадреналином часто выделяется нейропептид У, опиоидные пептиды, соматостатин. Дофамин часто выделяется окон­чаниями аксонов вместе с холецистокинином, энкефалином; аце-тилхолин - с вазоактивным интестинальным пептитодом, энкефа­лином, люлиберином; серотонин - с веществом Р, тиреолибе-рином, холецистокинином (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 в условиях применения отрица­тельного подкрепления (электрокожного).

Как влияют пептиды на клетку-мишень? Пептид-спутник мо­жет значительно повысить сродство рецептора постсинаптической мембраны к основному медиатору. Например, 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 1 мм 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. Допускается, что мозаика обра­зующихся функциональных групп нейронов, подвергнутых ней­рохимическому воздействию пептидов, может быть одним из ме­ханизмов оперативного функционального объединения нервных клеток в ходе обучения, в явлениях памяти [Вартанян Г.А., Пиро­гов А.А., 1991; Мокрушин А., Самойлов М., 1999].

Прямые доказательства участия пептидов в механизмах па­мяти можно получить, контролируя их выделение в экстракле­точное пространство по показателям изменения химического состава цереброспинальной жидкости у животных при обуче­нии. Разработка этого направления серьезно ставит вопрос о возможности переносов выработанных навыков от одного жи-

вотного к другому (Г.Унгар) с помощью образованных в ходе обучения и «отвечающих» за соответствующий навык специфи­ческих пептидов. Несомненный интерес о роли пептидов в про­цессах памяти представляют опыты с АКТГ, меланостимули-рующим гормоном, вазопрессином. Как выяснилось, они обла­дают способностью стимулировать запоминание при введении извне (И.П.Ашмарин, Р.И.Крутиков). Заметно влияют на обу­чение и память, эндогенные опиатные пептиды - эндорфины и эн-кефалины.

В. Роль синтеза белка. После открытия способа кодирования генетической информации в ДНК (генетической памяти) и ус­пешного изучения иммунологической памяти были предприняты попытки отыскать молекулярные основы нейронной памяти — возможного нервного субстрата энграммы. В частности, откры­тие структурных изменений нейронов в ходе ее формирования дало основание предполагать ключевую роль синтеза белка в консолидации памяти, т.е. в переводе информации из кратко­временной в долговременную форму ее хранения.

Известна молекулярная гипотеза памяти П.К.Анохина (1968), согласно которой биохимические процессы, протекающие на уровне протоплазмы, вызывают динамические изменения генома нейрона, и перестройку кода РНК, следствием чего является син­тез адекватных для данной ситуации новых молекул белка - хра­нителей полученной информации.

Механизмы долговременной памяти изучены недостаточно, однако гипотезы, акцент в которых делается на изменения бел­кового обмена нейрона в качестве обязательного условия запо­минания (консолидации памяти), в целом подтверждаются. В частности, активно разрабатывается гипотеза Х.Хидена о бел­ковой природе памяти, согласно которой процесс фиксации ин­формации в нервной клетке находит отражение в синтезе белка, в молекулу которой вводится соответствующий следовой отпе­чаток изменений молекул РНК. При этом молекула белка стано­вится чувствительной к специфическому узору импульсного по­тока, т.е. она узнает афферентный поток имульсов. Гипотеза о белковой природе долговременной памяти подтверждается экс­периментально.

Так, при угнетении механизмов, регулирующих синтез нейро-специфических белков, выработанные условные рефлексы сохра­няются лишь в течение нескольких минут, иногда нескольких де­сятков минут, затем в динамике этих условных рефлексов отме­чаются явные расстройства, указывающие на нарушение процес­сов сохранения приобретенного навыка. Получены несомненные данные об участии в механизмах памяти двух нейроспецифиче- ских белков - 5-100 и 14-3-2, содержание которых при обучении увеличивается, особенно в гиппокампе (белок 5-100) и в коре го­ловного мозга (белок 14-3-2).

Если синтез белка, обычно начинающийся в мозгу животного во время сеанса выработки рефлекса и длящийся много часов, блокировать, долговременного научения не произойдет.

Несколько сотен работ, опубликованных на эту тему, дают достаточно однородную картину: синтез белка в мозгу можно временно подавить на 80-90% без каких-либо грубых психиче­ских нарушений, если не считать памяти. Наиболее выраженная амнезия наблюдается в том случае, когда синтез белка подавля­ется незадолго до сеанса обучения и во время сеанса уже не про­исходит. При этом даже через несколько недель после повторе­ния опытов усвоение остается неполным. Само по себе выпол­нение задания, а также ранее заученный материал при угнетении синтеза белка не страдают. Из этого следует, что он необходим лишь на критической стадии консолидации памяти непосредст­венно во время обучения или сразу после него. Для долговременно­го хранения информации синтез белка уже не нужен.

Его подавление не влияет (по крайней мере, в опытах на жи­вотных) на кратковременную память. Это еще один важный аргу­мент в пользу того, что механизмы кратковременной и долговре­менной памяти различны.Однако процессы перевода информации из одной формы в другую остаются невыясненными.

Таким образом, изменение белкового метаболизма нейрона, по всей видимости, является решающим звеном сложнейшей цепи процессов формирования и закрепления следов памяти - энграммы (А.С.Батуев). На основании изложенного долговременную память можно называть структурной памятью.

Таким образом, все нпды памяти по механизмам их формирова­ния правомерно называть: электрохимическая (мгновенная и крат­ковременная) и структурная (долговременная) память.