Стивен Роуз - Устройство памяти. От молекул к сознанию

Согласно этой модели, активированный фермент действовал на уровне синаптической мембраны, где в результате возрастало количество доступных связывающих участков NMDA-рецепторов, которые до того оставались погруженными в поверхностный слой мембраны и потому неактивными. А большее число связывающих участков означало повышенную чувствительность постсинаптической клетки к глутамату и, следовательно, большую вероятность ее возбуждения.

Между тем известны многообразные внутриклеточные эффекты кальция, поэтому возможны и другие пути его воздействия на синаптическую мембрану. К наиболее важным молекулярным компонентам мембраны относятся различные белки, способные обратимо присоединять фосфатные группы. При связывании фосфата (этот процесс называется фосфорилированием ) форма белка изменяется, что может приводить к закрытию или открытию каналов, пронизывающих всю толщу мембраны от ее наружной поверхности до внутренней. Эти каналы обусловливают проницаемость мембраны для ионов или молекул, которые могут проникать в клетку и действовать как сигналы для инициации биохимических каскадов, что в конечном итоге приводит к синтезу новых компонентов синаптической мембраны и тем самым к перестройке синапса. В следующей главе я расскажу, как это происходит. Фосфорилированию подвержены многие мембранные белки, постсинаптические и пресинаптические, а ферменты, катализирующие этот процесс, носят общее название протеинкиназ. Одна из них специфически активируется кальцием (и потому ее также сокращенно обозначают Са-ПК). В конце восьмидесятых годов благодаря работам нескольких лабораторий стало ясно, что вещества, подавляющие активность этого фермента, блокируют и ДВП. В связи с этим пришлось пересмотреть модели механизмов ДВП и включить в них эффект, опосредуемый через фосфорилирование специфических пре- и постсинаптических мембранных белков [25]. Хотя еще в полном разгаре споры о том, что важнее — пре- или постсинаптические изменения, не исключено (как это нередко, хотя и не всегда, бывает в науке), что в чем-то правы оба лагеря. Механизмы памяти скорее всего связаны с изменениями по обе стороны синапса.

Долговременная потенциация в гиппокампе, несомненно, представляет собой необычайно перспективную модельную систему, которая уже позволила получить много данных о том, как можно связать нейрофизиологические изменения с биохимическими и структурными механизмами. Однако я не убежден, что уже поставлены наиболее важные биохимические вопросы, — отчасти потому, что слишком много внимания уделялось интимным синаптическим процессам, связанным с инициацией ДВП, и на удивление мало — самой долговременности этого феномена, которая кажется мне наиболее интересной его стороной. Изменения в притоке ионов кальция, в фосфорилировании мембранных белков или в активации NMDA-рецепторов — все это возможные механизмы кратковременного изменения электрических свойств клетки, но если мы хотим, чтобы ДВП действительно служила моделью долговременной памяти, важно знать, что сообщает этому изменению устойчивость, что привносит букву Д в аббревиатуру ДВП.

Особая ценность ДВП как модели, помимо возможности еще более свободно, чем в случае с аплизией, переходить с одного уровня анализа на другой (от интактного организма к срезу), определяется геометрическим фактором. Клеточные и биохимические изменения, которые нужно связать с поведенческими реакциями, так же как образование следов памяти, должны быть точно локализованы во времени и пространстве, в соответствии с критериями, сформулированными в начале этой главы. Гиппокамп — это одна из областей мозга млекопитающих, строение, связи и геометрия которой хорошо известны, что делает в принципе осуществимым такое картирование. Поэтому при разработке моделей памяти гиппокамп открывает большие возможности для проверки хеббовских закономерностей обучения на нейронах, связи которых действительно известны, а не остаются предметом догадок [26}.

Возвращаясь к вопросу, с которого я начал обсуждение феномена долговременной потенциации, попробуем решить, действительно ли она может служить моделью длительных изменений в нервной системе или, более того, это и есть сам механизм памяти? В пользу того, что ДВП — это механизм, обеспечивающий хранение в мозгу следов памяти, говорит (как я уже отмечал) прежде всего хорошо известная роль гиппокампа в различных формах памяти, так же как и факт существования ассоциативных форм ДВП. Но дальнейшие аргументы носят уже гипотетический характер. Так, например, ДВП усиливается у крыс, обученных находить корм в оперантных задачах, тогда как блокирующие ДВП вещества препятствуют также обучению в условиях водного лабиринта. С возрастом крысы утрачивают способность обучаться новым навыкам, и в то же время у них не наблюдается потенциация. Но если сопоставить эти доводы с критериями, сформулированными в начале главы, они уже не будут выглядеть столь убедительными.

Имеются два рода наблюдений, которые, мне кажется, ставят под сомнение правомерность прямых параллелей между ДВП и памятью. Во-первых, появляется все больше данных, что подобные ДВП явления не ограничены гиппокампом — при известных обстоятельствах они проявляются во многих других областях мозга, в том числе (и особенно) в его коре, как показали Линн Байндмен в Лондоне и Алексей Воронин в Москве [27]. Это ставит под сомнение доводы в пользу связи между ДВП и процессами памяти в гиппокампе. В одном из своих изящных исследований Кэрол Барнс, чьи ранние работы были посвящены выявлению корреляций между старением, научением и ДВП, содержала крыс в информационно-обогащенной среде, как это было в экспериментах Розенцвейга, Беннета и Даймонда (глава 6). Она нашла, что чем дольше крысы оставались в такой среде, тем слабее у них в последующем индуцировалась ДВП в гиппокампе [28].

Моя собственная интерпретация этого наблюдения (не обязательно совпадающая с интерпретацией автора) подсказывает мысль, что ДВП могла быть не чем иным, как простым артефактом, возможным только тогда, когда животные выросли в сильно обедненных условиях лаборатории. Может быть, способность их к формированию когнитивных карт в гиппокампе в таких условиях просто не находила себе применения, и поэтому их мозг жадно реагировал на новую информацию при нейрофизиологической стимуляции входных нервных путей. В более нормальных, естественных условиях, где такая стимуляция и ее последствия были бы повседневными событиями, ДВП, возможно, вообще бы отсутствовала. Таким образом, ДВП может быть артефактом, следствием обедненных условий содержания лабораторных животных. Это сам по себе интересный феномен, но еще более аномальный, чем позволяло предполагать осторожное предупреждение Блисса и Лёмо в 1973 году. Прежде чем дальше теоретизировать по поводу такого предположения, его нужно проверить, чтобы установить, можно ли вызвать ДВП у животных, выросших в естественных, не столь однообразных условиях дикой природы.