Борис Сергеев - Тайны памяти (с иллюстрациями)

В эксперименте удалось заменить один из нуклеотидов – изанин – на малопохожее вещество. Крысы, над которыми ученые так нехорошо подшутили, не утрачивали прочно выработанных навыков, но теряли способность чему-нибудь научиться вновь.

Полученные результаты дают основание предположить, что долгосрочная память кодируется с помощью белков. Об этом же свидетельствуют и другие эксперименты.

Белые мыши боятся громких звуков. Исследователи постепенно приучили животных к звуковым воздействиям, а затем экстракт их мозга вводили необученным животным. Получившие экстракт быстрее привыкали к звуку, чем контрольные мыши. Если перед введением экстракт обрабатывали рибонуклеазой, которая должна разрушить РНК, благоприятный эффект сохранялся. Когда же экстракт подвергали воздействию протеолитического фермента, расщепляющего белки, он терял способность передавать навык мышам-реципиентам.

Число примеров, подтверждающих химическую природу памяти, можно значительно увеличить, однако все равно, подводя итог, мне придется констатировать, что хотя эта точка зрения весьма вероятна, но окончательно еще не доказана.

Такое заключение, по-видимому, не устроит тех, кому показалось заманчивым обучение, не требующее специальной затраты сил. Не следует отчаиваться. Кто знает, может, наши потомки доживут до такого времени, когда на полках книжных магазинов вместо аккуратных томиков будут стоять коробочки с пилюлями и родителям придется покупать своим детям микстуру «Пунические войны», порошки по политическому устройству стран Латинской Америки или набор таблеток «Полное собрание сочинений А.С. Пушкина».

Потребность читать отпадет. С романами Ремарка и Хемингуэя молодежь познакомит жевательная резинка. Школьных занятий и лекций в вузах не будет. Сроки обучения сократятся до минимума. Студентам технических институтов еще в самом начале обучения будет устраиваться грандиозный обед по сопромату, а медикам – банкет по анатомии человека. Один вечер – и труднейший материал усвоен.

Не обещаю, что все так и будет, но твердо знаю, процесс обучения удастся значительно облегчить. Имейте только терпение дождаться этого благодатного времени.

Неискушенному в биологических проблемах читателю может показаться, будто противоречия между химической и структурной теориями памяти так глубоки, что об их объединении не может быть и речи. Ф. Розенблат с этим не согласен. В 1967 году он предложил объединенную теоретическую модель памяти.

Поводом для ее создания послужили два наблюдения. Давно известно, что между концевой бляшкой нервного волокна и клеточной мембраной другого, куда она прикреплена, находится синаптическая щель, хорошо видная в электронный микроскоп. Ширина щели довольно постоянна, около 200 ангстрем.

О работе синапсов был уже разговор. Напомню, что исследователи умеют получать отдельные детали нервной ткани: мозговое вещество измельчают в ступке, превращая в однородную кашицу, протирают через тончайшие сита, а затем центрифугируют. Можно подобрать такой режим вращения, что в осадок выпадут одни синапсы: концевые бляшки нервного волокна с кусочком клеточной мембраны, к которой они прикреплены.

Даже в очень хорошо разрушенном мозгу никогда не удается найти синаптических бляшек, отдельных от мембраны. Значит, они прочно скреплены друг с другом. Но как это понять, ведь на электронограммах отчетливо видна разделяющая их щель. Что же их соединяет?

В 1962 году Грею удалось увидеть стропила, удерживающие бляшку на поверхности клетки. В электронном микроскопе при максимальных увеличениях можно разглядеть короткие внутрисинаптические нити длиной около 100 ангстрем. Грей впервые обнаружил, что одни нити выходят из клетки, другие из бляшки, а посередине они соединены друг с другом серповидными сращениями. Розенблат счел возможным приписать им определенную роль в химической передаче памяти.

Его рассуждения шли таким образом. Пусть в каждом нейроне из 100 возможных генов, руководящих выработкой полипептидных фрагментов, есть 50. Используя различные комбинации этих фрагментов, можно построить такое огромное количество белковых структур, которое значительно превысит число нейронов головного мозга человека. Определенный запас кодонов (так в соответствии с терминологией генетиков были названы эти полипептидные фрагменты) всегда содержится в телах и отростках нервных клеток. В момент возбуждения нейрона кодоны выделяются в синаптическую щель.

Предоставленные сами себе, они оказываются очень нестойкими и быстро разрушаются под действием соответствующих ферментов. Иная судьба ожидает кодоны, если одновременно возбуждено два нейрона, соединенных между собою синапсами. Предполагается, что кодоны разнородного происхождения обладают способностью соединяться друг с другом и вновь образованные агрегаты застревают между идущими параллельно нитями. Попавшие в «щель» между нитями кодоны не разрушаются и скрепляют нити.

Чем чаще происходит совместное возбуждение двух нейронов, тем большее число нитей связывает концевую бляшку одного из них с постсинаптической мембраной другого и тем прочнее эти нити скреплены. В постоянно функционирующих синапсах места соединения нитей постоянно ремонтируются и укрепляются. В нефункционирующих синапсах, напротив, ветшают, нити расходятся, а синапс распадается.

Вакантное место тотчас занимает какое-нибудь свободное нервное волокно. Судьба вновь возникшего синапса зависит от его активности. Сохранится только постоянно действующий синапс, а неактивный быстро разрушится, уступив место другому волокну. Таким образом, путем подбора нейронов, между которыми необходимо «поддерживать» связь, и кодируется память.

Описанная модель хорошо объясняет специфичность химического переносчика памяти. Каждый кодон способен соединяться лишь с нитями своей родной клетки. Для образования нового синапса необходим конгломерат из двух кодонов. Так как каждая группа родственных нейронов имеет свое химическое лицо (в этом сейчас почти никто не сомневается), то каждый конгломерат кодонов способен вызвать образование синапсов только между соответствующими нейронами.

С посторонними нейронами они не соединятся. Зато взятые от другого животного кодоны в мозгу реципиента создадут новые синапсы, то есть перенесут определенные знания. Кодоны могут быть изготовлены в лаборатории, и искусственно синтезированная память помещена в мозг.

Модель позволяет составлять прогнозы, которые могут помочь дальнейшим экспериментальным поискам. Например, можно предсказать молекулярный вес кодонов, потенциально необходимый, чтобы закодировать все синапсы центральной нервной системы. Кодонами, построенными из 4 аминокислот, можно закодировать миллиард типов синапсов. В этом случае их молекулярный вес должен быть около 5 тысяч. Если кодоны созданы из большего числа аминокислот, их молекулярный вес может быть существенно меньше.