Роберт Сапольски - Биология добра и зла. Как наука объясняет наши поступки

Тем не менее LTP происходит по всей нервной системе [136] Механизм долговременной потенциации в других областях мозга отличается от такового в гиппокампе. Тут срабатывает третий тип глутаматовых рецепторов; а некоторые и вовсе с глутаматом не связаны. Старая гвардия долговременной потенциации считает глутаматовые рецепторы гиппокампа главными, классическими, каноническими, священными, а остальные – это просто убогие подделки. {258} 258 T. Sigurdsson et al., “Long-Term Potentiation in the Amygdala: A Cellular Mechanism of Fear Learning and Memory,” Neuropharmacology 52 (2007): 215; J. Kim and M. Jung, “Neural Circuits and Mechanisms Involved in Pavlovian Fear Conditioning: A Critical Review,” Nsci Biobehav Rev 30 (2006): 188; M. Wolf, “LTP May Trigger Addiction,” Mol Interventions 3 (2003): 248; M. Wolf et al., “Psychomotor Stimulants and Neuronal Plasticity,” Neuropharmacology 47, supp. 1 (2004): 61. . Например, при выработке условных рефлексов на боль долговременная потенциация затрагивает базолатеральную миндалину. Затем, при необходимости контролировать миндалину, LTP имеет место в лобной коре. Именно так дофаминовая система учится связывать стимул с наградой – например, у наркоманов то конкретное место, где они получали наркотик, немедленно вызывает страстное желание.

А теперь добавим к этой системе гормоны, переведя таким образом наши идеи о стрессе на язык нейронной пластичности. Небольшой, проходящий стресс (а мы считаем его хорошим, стимулирующим) порождает в гиппокампе долговременную потенциацию, тогда как продолжительный стресс обрывает ее и порождает там долговременную депрессию. И это одна из причин, почему наш здравый смысл временами трещит по швам. Вот так и выводится закон оптимального уровня стресса Йеркса – Додсона [137] Закон Йеркса – Додсона говорит об оптимальном уровне стресса при известной нагрузке: если задача легкая, то уровень внешнего стресса для наилучшего ее исполнения можно повысить, если она трудная, то внешний стресс следует уменьшить. Этот закон представляется в виде перевернутой U , которая изображена и описана в предыдущей главе. – Прим. пер. – он предписан нам синапсами {259} 259 M. Foy et al., “17beta-estradiol Enhances NMDA Receptor-Mediated EPSPs and Long-Term Potentiation,” J Neurophysiology 81 (1999): 925; Y. Lin et al., “Oxytocin Promotes Long-Term Potentiation by Enhancing Epidermal Growth Factor Receptor-Mediated Local Translation of Protein Kinase Mζ,” J Nsci 32 (2012): 15476; K. Tomizawa et al., “Oxytocin Improves Long-Lasting Spatial Memory During Motherhood Through MAP Kinase Cascade,” Nat Nsci 6 (2003): 384; V. Skucas et al., “Testosterone Depletion in Adult Male Rats Increases Mossy Fiber Transmission, LTP, and Sprouting in Area CA3 of Hippocampus,” J Nsci 33 (2013): 2338; W. Timmermans et al., “Stress and Excitatory Synapses: From Health to Disease,” Nsci 248 (2013): 626. .

Затяжной стресс и высокий глюкокортикоидный фон имеют, помимо того, и другие следствия. В частности, в миндалине они усиливают LTP и подавляют LTD, ускоряя выработку реакции страха; а в лобной коре в этих условиях LTP ослабляется. И что получится, если скомбинировать эти эффекты? Итогом будут более возбудимые синапсы в миндалине и менее возбудимые в лобной коре; перед нами переживающий стресс человек, вспыльчивый, со слабым контролем поведения {260} 260 S. Rodrigues et al., “The Influence of Stress Hormones on Fear Circuitry,” Ann Rev Nsci 32 (2009): 289; X. Xu and Z. Zhang, “Effects of Estradiol Benzoate on Learning-Memory Behavior and Synaptic Structure in Ovariectomized Mice,” Life Sci 79 (2006): 1553; C. Rocher et al., “Acute Stress-Induced Changes in Hippocampal/Prefrontal Circuits in Rats: Effects of Antidepressants,” Cerebral Cortex 14 (2004): 224. .

Сейчас в представлениях о механизмах памяти доминирует гипотеза синаптического усиления. Но удивительным образом пригодилась и забракованная идея о формировании новых синапсов. Когда научились считать синапсы в нейронах точнее – спасибо новой технике, – выяснилось, что если крыс содержать в разнообразной, стимулирующей обстановке, то число синапсов в гиппокампе растет.

Применяя изощреннейшие методики, можно наблюдать, как по ходу обучения у крысы меняется та или иная дендритная веточка. И это фантастика! Мы видим, как за минуты или часы отрастает новый дендритный шипик, тянется к нависшему рядом аксональному кончику. А спустя неделю-другую между ними формируется и функциональный синапс, который стабилизирует новое воспоминание/навык (при других обстоятельствах дендритный шипик, наоборот, втягивается, а синапс исчезает).

И этот индуцированный действием синаптогенез взаимоувязан с долговременной потенциацией: когда в синапсе происходит LPT, кальциевая цунами в шипике запускает заодно и формирование нового шипика по соседству.

Новые синапсы появляются по всему мозгу. Разучиваешь какие-нибудь гимнастические упражнения – синапсы возникают в моторной коре, смотришь на что-то много раз – вот они и в зрительной коре. А если трогать крысу за усики один раз, другой, третий – то новые синапсы появляются у крысы, в вибриссовой зоне коры {261} 261 A. Holtmaat and K. Svoboda, “Experience-Dependent Structural Synaptic Plasticity in the Mammalian Brain,” Nat Rev Nsci 10 (2009): 647; C. Woolley et al., “Naturally Occurring Fluctuation in Dendritic Spine Density on Adult Hippocampal Pyramidal Neurons,” J Nsci 10 (1990): 4035; W. Kelsch et al., “Watching Synaptogenesis in the Adult Brain,” Ann Rev of Nsci 33 (2010): 131. .

Более того, когда в нейроне сформировано достаточно много новых синапсов, то количество и длина веточек дендритного «дерева» тоже возрастают, увеличивая, таким образом, число вероятных аксональных переговорных пунктов.

В истории об оптимальном стрессе (закон Йеркса – Додсона) стрессу и глюкокортикоидам отведена своя роль. Средний, проходящий стресс и соответствующий ему уровень глюкокортикоидов увеличивают число шипиков в гиппокампе, а длительный стресс (со своим уровнем глюкокортикоидов) действует в противоположном направлении {262} 262 B. Leuner and T. Shors, “Stress, Anxiety, and Dendritic Spines: What Are the Connections?” Nsci 251 (2013): 108; Y. Chen et al., “Correlated Memory Defects and Hippocampal Dendritic Spine Loss After Acute Stress Involve Corticotropin-Releasing Hormone Signaling,” PNAS 107 (2010): 13123. . И даже еще хуже: при хронической депрессии и тревожных состояниях – двух синдромах, которые характеризуются повышенным уровнем глюкокортикоидов, – уменьшается количество шипиков и размер самого дендритного дерева в гиппокампе. И дело тут в пониженном количестве фактора роста BDNF, о котором говорилось в предыдущей главе.

Хронический стресс и высокий уровень глюкокортикоидов вызывают редукцию шипиков и потерю синапсов, снижают уровень молекул склеивания нервных клеток, стабилизирующих синапсы (NCAM, от англ. neural cell adhesion molecule), уменьшают выброс глутамата в лобной коре. Чем больше выражены эти изменения, тем труднее принимать решения, тем хуже внимание {263} 263 J. Cerqueira et al., “Morphological Correlates of Corticosteroid-Induced Changes in Prefrontal Cortex Dependent Behaviours,” J Nsci 25 (2005): 7792; A. Izquierdo et al., “Brief Uncontrollable Stress Causes Dendritic Retraction in Infralimbic Cortex and Resistance to Fear Extinction in Mice,” J Nsci 26 (2006): 5733; C. Liston et al., “Stress-Induced Alterations in Prefrontal Cortical Dendritic Morphology Predict Selective Impairments in Perceptual Attentional Set Shifting,” J Nsci 26 (2006): 7870; J. Radley, “Repeated Stress Induces Dendritic Spine Loss in the Rat Medial Prefrontal Cortex,” Cerebral Cortex 16 (2006): 313; A. Arnsten, “Stress Signaling Pathways That Impair Prefrontal Cortex Structure and Function,” Nat Rev Nsci 10 (2009): 410; C. Sandi and M. Loscertales, “Opposite Effects on NCAM Expression in the Rat Frontal Cortex Induced by Acute vs. Chronic Corticosterone Treatments,” Brain Res 828 (1999): 127; C. Wellman, “Dendritic Reorganization in Pyramidal Neurons in Medial Prefrontal Cortex After Chronic Corticosterone Administration,” J Neurobiol 49 (2001): 245; D. Knox et al., “Single Prolonged Stress Decreases Glutamate, Glutamine, and Creatine Concentrations in the Rat Medial Prefrontal Cortex,” Nsci Lett 480 (2010): 16. .