Илья Мартынов - Мозг. Как он устроен и что с ним делать [litres]

Для понимания принципиальных отличий кратковременной и долгосрочной памяти подходит следующее сравнение.

Представьте строящуюся кирпичную стену. Мы заливаем бетонирующий раствор между кирпичами. И первое время стена вроде есть, но мы легко можем ее разрушить. Потому что раствор еще жидкий. Это работа временного усиления силы синапса. А вот со временем, скажем через несколько дней, бетонирующий раствор застывает и мы получаем прочную структуру, гораздо более устойчивую к внешним воздействиям. Это уже работа белков, обеспечивающих долговременную память. Они поменяли архитектуру связей.

Рис. 51. Механизмы запоминания и повышения эффективности синапса

Вдумайтесь, Кэндел показал, что для запоминания информации достаточно всего трех нейронов!

Это просто феноменально. А теперь самое важное. Существует ряд белков, категорически необходимых для обеспечения механизмов научения и памяти.

Это белки BDNF, DC0, Leo и CaMKII и другие. Гены, управляющие синтезом этих белков, имеют такие же названия. К примеру, ген BDNF является трофическим фактором роста. О факторах роста я уже упоминал. Белки, синтезируемые под контролем этого гена, обеспечивают нормальный рост нервных окончаний. И, к сожалению или к счастью, у этого гена есть разные формы. Так, встречаются формы, повышающие риск развития болезни Альцгеймера, но встречаются и варианты, которые, наоборот, позволяют мозгу эффективно строить новые контакты. Можно сдать генетический тест и определить вашу форму гена BDNF .

Понимаете, к чему идет разговор? Кардинально поменять память можно, только если генетически модифицировать нервную систему. Но кто готов рискнуть?

Нет, это, конечно, не значит, что, если у человека определенная форма этого гена (или каких-то других), он обязательно будет иметь проблемы с памятью и обучением. Что гены могут вести себя по-разному в разных организмах, мы уже узнали на примере экспериментов с мышами, которые жили в одинаковых условиях. Но все-таки согласитесь: человек с двумя здоровыми ногами имеет ряд преимуществ перед индивидом, родившимся с одной ногой.

Тем не менее есть несколько исследований, где показано, что систематические физические упражнения (не менее 30 минут в день) существенно повышают уровень BDNF в крови. Значительную часть молекул BDNF потребляет мозг. В скелетной мускулатуре BDNF способствует окислению жиров, а также, по некоторым данным, регенерации клеток.

Результаты нескольких современных исследований свидетельствуют о том, что стресс может снижать уровень BDNF . Если эти данные подтвердятся и в других работах, вероятно, физическую нагрузку и снижение уровня стресса можно будет причислить к способам улучшения памяти и оптимизации обучения.

Как вы понимаете, это не сделает из людей Эйнштейнов, но сердечно-сосудистой системе большинства из них не повредит точно.

А теперь несколько слов о ключевых структурах, обеспечивающих нашу память.

И все-таки где же она – матушка-память?

Как мы уже выяснили, обнаружить какой-то одной области, отвечающей за память, не получается. Исходя из того, что удалось выяснить Эрику Кэнделу, контакты между клетками преобразуются в зависимости от получаемой информации. Более того, они даже способны фиксировать изменения надолго. Хранить память в связях – фундаментальное свойство практически всех нервных клеток мозга. Память как бы размазана по мозгу. Она может развиваться и как динамическая функция (во времени), и как сложная система структурных образований. Как вы понимаете, говоря о том или ином типе запоминаемой информации, я имею в виду ряд распределенных по мозгу сетей. Основываясь на данной концепции, нейрофизиологи сформулировали идею регуляторных механизмов.

Условно система регуляции памяти состоит из двух блоков: неспецифического (общемозговой) и модально-специфического (региональный).

К модально-специфическому относят структуры новой коры (кроме лобных долей). Модальность означает тип чувствительности (слуховой, зрительный, осязательный). Как мы знаем, в коре есть зоны, ответственные за восприятие стимулов разных модальностей. Этот блок регуляции обеспечивает работу с разными типами сенсорной информации. Известно, что различные типы информации – музыкальные мелодии, зрительные образы, лица – хранятся в различных частях коры больших полушарий.

К неспецифическому блоку регуляции относят ретикулярную формацию (на уровне среднего мозга), гипоталамус, ассоциативный таламус, гиппокамп и кору лобных долей. Мы видим, что в состав неспецифического блока входит ряд структур лимбической (эмоциональной) системы. Поэтому многие эмоционально окрашенные события нам запоминать значительно легче. Амигдала также вносит вклад в формирование эмоционального отпечатка воспоминания.

Амигдала особенно активна в ситуациях, когда воспоминание связано с событием, вызывающим страх. Оно надолго остается в долговременной памяти. Исследователь Доуве Драайсма обнаружил, что более 80 % наших первых воспоминаний так или иначе связаны с отрицательными эмоциями. Только вдумайтесь в эту цифру! Неудивительно, ведь для выживания важнее помнить о потенциально опасных, пугающих ситуациях, нежели о приятных моментах.

Амигдала располагается перед другой важной структурой памяти – гиппокампом. Его можно считать местом, где сходятся условные и безусловные стимулы. Если вспомнить эксперименты Павлова с собакой, именно здесь впервые встречаются сигналы о запахе еды (безусловные) и звонка (условные). И гиппокамп выполняет удивительную работу, состоящую из двух параллельных процессов. Он анализирует поступающую информацию, оттесняя реакции на посторонние случайные стимулы, и одновременно извлекает следы информации из памяти под влиянием приходящих сигналов о текущей мотивации.

В 2010-х годах в нейробиологии устоялась идея о том, что в гиппокампе каждый день образуется около 700 новых нервных клеток. Некоторые ученые предполагали, что эти клетки могут участвовать в запоминании новых навыков.

Однако в исследовании 2018 года, опубликованном в Nature , в 59 образцах гиппокампа умерших людей так и не удалось найти следов появления новых нейронов. В то же время выяснилось, что новые нейроны в гиппокампе обнаруживаются у новорожденных (около 1600 клеток в одном квадратном миллиметре). Но у подростков эта цифра снижается до 2,4. Есть предположения, что к окончанию периода миелинизации (25–27 лет) новые нейроны практически перестают образовываться. Сторонники другой гипотезы утверждают, что новые клетки все же рождаются, но в столь ничтожных количествах, что остаются практически незамеченными. Незадолго перед тем, как мне нужно было сдавать рукопись книги редактору, весной 2019 года вышла статья в журнале Nature Medicine , в которой авторы описывали обнаруженные ими признаки новых нейронов у пожилых людей (до 87 лет). Таким образом, мы имеем совершенно противоречивые данные в достаточно новых исследованиях. Так что вопрос о возможности восстановления нервных клеток в гиппокампе пока остается открытым.