Стивен Роуз - Устройство памяти. От молекул к сознанию

Лишь спустя много лет после публикации результатов первых опытов с ингибиторами мне самому пришлось вплотную заняться изучением их действия. В то время меня интересовали совсем другие вопросы, и я думал, что работа с ингибиторами будет отвлекать меня. Когда я, наконец, приступил к ней в конце 80-х годов (об этом речь пойдет в главе 10), я имел в виду более специальную цель, поскольку уже к концу 60-х — началу 70-х годов широко развернулись наши исследования по импринтингу. Общий план экспериментов состоял в том, что у однодневных цыплят создавали импринтинг, вводили им радиоактивные предшественники РНК или белка и измеряли включение их в РНК и белок в различных областях мозга. Если это перечисление операций кажется вам чересчур сухим и абстрактным, я опишу их несколько подробнее.

Прежде всего, каким образом я вызываю импринтинг? В естественных условиях цыплята очень скоро (не позднее трех дней после вылупления) начинают узнавать мать и повсюду следовать за ней. Но их понятие о «матери» вначале довольно расплывчато. Сразу после вылупления они пробуют приблизиться и следовать за первым же увиденным медленно движущимся предметом, который размерами и цветом более или менее напоминает курицу. Исследователи импринтинга использовали для этой цели чучело или даже просто красный шар на вращающейся рукоятке. Пэт Бейтсон разработал стандартную процедуру обучения. Цыплят помещают во вращающееся на оси колесо вроде того, какое обычно покупают для клетки с хомяками. Колесо ставят перед вращающимся устройством, дающим проблески красного или желтого света. Проблески создают впечатление движущегося света, и помещенные в колесо цыплята пытаются следовать за ними. Спустя примерно час свет выключают, чтобы цыплята немного, отдохнули, после чего проводят тестирование, давая птенцам возможность выбирать между светом, на который у них выработался импринтинг (скажем, красным) и другим, незнакомым (желтым). Разницу в частоте следования за красным и за желтым светом считают показателем силы импринтинга.

В определенное время после начала светового воздействия цыплятам вводили радиоактивный предшественник, затем продолжали тренировку и проводили испытание, после чего животных забивали. Поскольку мы не знали, в какой части мозга могут возникнуть изменения, и не очень разбирались в его анатомии (в то время мало кто знал анатомию куриного мозга), мы произвольно делили передний мозг на две части, называя их просто «крышей» и «основанием». Впоследствии, по мере того как мы получали все более точные данные о локализации изменений, подразделение мозга становилось более детальным и анатомически более осмысленным. Пэт и Габриел Хорн кодировали образцы мозговой ткани и посылали их мне для анализа. После первых же экспериментов стало ясно, что в сравнении с «контрольными» птицами, которые находились в темноте или подвергались воздействию рассеянного верхнего света, у цыплят с импринтингом на проблески в часы после тренировки усиливался биосинтез РНК в крыше мозга. Повторив опыт с предшественником белков, мы нашли, что и синтез белка усиливается. Я продолжил более детальные биохимические исследования с двумя моими первым диссертантами.

Однако в то время Пэта, Габриела и меня интересовали не столько биохимические подробности, сколько вопрос об интерпретации результатов. Хотя мы и установили, что стимуляция цыплят сопровождается усилением биосинтеза РНК и белков, но как показать, что оно было результатом именно обучения? Может быть, биосинтез усиливался просто потому, что цыплятам приходилось больше двигаться в колесе, чем их собратьям, содержавшимся в темноте или при слабом освещении? Или вспышки света просто возбуждали их или же как-то влияли на зрительную систему? Каждый из этих факторов мог быть причиной наблюдавшегося усиления синтеза РНК и белка. Не так легко придумать эксперименты для проверки этих альтернативных возможностей, и в начале 70-х годов нам понадобилось несколько лет, чтобы одну за другой опровергнуть их. К 1973 году нам, наконец, удалось убедить самих себя и, я надеюсь, всех других интересующихся этой проблемой, что биохимические изменения были в самом деле результатом обучения, а не сопутствовавших обстоятельств, таких, как моторная активность или зрительные впечатления. Например, в одном из ключевых экспериментов мы обучали более сотни цыплят, определяя показатель импринтинга, двигательную активность (т. е. характер поведения в колесе) и синтез РНК. Последний не зависел от моторной активности или от стресса (насколько о нем можно было судить, например, по частоте различных звуков, издаваемых цыплятами), но достоверно коррелировал с проявлениями импринтинга. Иными словами, чем лучше птенцы научались различать световые сигналы и адекватно реагировать на них, тем больше РНК синтезировалось в крыше переднего мозга [7].

Таким образом, наши работы и данные других лабораторий, полученные примерно в то же время, показали, что для образования следов памяти необходим синтез РНК и белка. Казалось, можно было ожидать быстрых успехов в области биохимии памяти. К сожалению, этого не случилось. Вместо того мы получили мешанину из случайных биохимических данных и противоречивых методических соображений, что задержало прогресс в изучении памяти более чем на десятилетие. Поскольку ошибки всегда поучительны, стоит затратить немного времени и разобраться в том, что произошло.

Присяжный философ молекулярной биологии Гюнтер Стент назвал конец пятидесятых и начало шестидесятых годов классическим периодом молекулярной биологии [8]. В 1953 году Уотсон и Крик расшифровали структуру ДНК и показали, что в ее знаменитой двойной спирали заключены механизмы передачи генетической информации и управления белковым синтезом; в дальнейшем были подробно изучены также процессы биосинтеза белка и нуклеиновых кислот и начали выясняться способы их исключительно точного контроля на клеточном уровне. Не было, казалось, невозможного для этой новой удивительной науки. Там, где раньше биологи и биохимики искали ответы на вопросы, откуда клетка получает энергию и как использует ее, молекулярная биология устанавливала свои собственные ценности. Ее интересовала не энергия, а информация , она ориентировалась на использование методов столь же новых в то время компьютерных дисциплин. Можно было думать, что регуляция и воспроизводство клетки сводятся к контролю и воспроизведению информации. Гигантские молекулы, олицетворявшие эти новые представления, — белки, ДНК и РНК — отличались от гораздо более скучных малых молекул, с которыми раньше имели дело биохимики, тем, что они были воплощением информации: это были информационные макромолекулы . А поскольку мозг — всего лишь машина для обработки информации, вполне логично было предположить, что он выполняет эту работу, каким-то образом используя те же информационные макромолекулы.