Альманах «Знак вопроса» - ЗНАК ВОПРОСА 1994 № 01-02

Для выяснения роли РНК в механизмах памяти экспериментаторами было предложено несколько оригинальных методических приемов. Особая заслуга в работах подобного типа принадлежит шведскому нейрохимику Г. Хидену, разработавшему способ извлечения из мозга подопытных животных отдельных нервных клеток и определения в них количественного и качественного содержания РНК. В частности, он проводил такие опыты на крысах. Животных предварительно обучали добираться до полки с пищей по натянутой проволоке. Когда обучение достигало успеха и крысы превращались в «циркачей», ученый начинал исследовать содержание РНК в их мозгу. Оказалось, что у животных, овладевших таким сложным навыком добывания пищи, содержание РНК в нейронах вестибулярных ядер, ответственных за управление равновесием, увеличивалось и превышало обычное. Если же крыс обучать доставать пищу какой-либо конкретной лапой — только левой или только правой, то уровень РНК начинает повышаться в той зоне мозга, которая ведает регуляцией движениями этой конечностью. Аналогичные факты получили экспериментаторы также в опытах на других объектах исследования, в частности на золотых рыбках.

Казалось бы, «место хранения» следов памяти обнаружено: они кодируются в молекулах РНК. Однако последующие эксперименты не всегда подтверждали первоначально установленные результаты, так как методы биохимического анализа РНК не были достаточно точными. Более того, было установлено, что через 24–48 часов после выработки у животных каких-либо навыков уже не обнаруживались изменения структуры РНК и ее концентрации. След памяти снова исчезал, как было отмечено и ранее при изучении механизмов запечатления информации в электрической активности нервной системы.

После этих экспериментов наметились новые пути к изучению рази белков — основы всей жизни — в механизмах памяти: ученые допустили, что РНК является не главным звеном в регистрации информации, поступающей в мозг, а промежуточным, связующим между ДНК и белками.

Гипотеза эта не беспочвенна. В основу ее были положены определенные экспериментальные данные. Например, американские психологи У. Дингмэн и М. Спорн решили изучить воздействие 8-азагуанина на способность крыс запоминать путь через лабиринты. Почему внимание ученых было привлечено к этому химическому соединению? Оказывается, 8-азагуанин настолько похож по структуре на гуанин, являющийся одним из четырех оснований, включенных в состав РНК, что ферменты, синтезирующие РНК, «считают» его гуанином. А раз так, то ферменты в соединении с 8-аза-гуанином начинают синтезировать РКН нового типа. Другими словами, она не несет в себе кода, так как выработана мозгом на основе искусственно полученного соединения.

Решив таким образом обмануть природу, У. Дингмэн и М. Спорн проводили эксперименты с животными в водном лабиринте. Представлял он из себя бак с водой. В одном углу бака находилась стартовая площадка, а в другом — лесенка, по которой крыса могла выбраться из бака. Между стартовой площадкой и лестницей ставился лабиринт из металлических пластинок, через который животное должно было проплыть. В ходе эксперимента учитывалось время, затрачиваемое крысой на преодоление лабиринта, и число ошибок, совершаемых ею при этом. В первом эксперименте крыс обучали преодолевать лабиринт. Затем им делались инъекции 8-азагуанина, а затем смотрели, влияет ли это соединение на уже выработанный навык. Оказалось, что нет. Животные со стартовой площадки до лестницы добирались так же быстро и легко, как и раньше. Если же крысам экспериментаторы вводили 8-аза-гуанин до начала обучения, то у них процесс выработки новых навыков осуществлялся с большим трудом и с большим количеством ошибок. Разница между результатами контрольной группы животных, которым «двойник» гуанина не вводился перед началом обучения, и этой группой крыс, которым была сделана инъекция, оказалась очень наглядной. Посудите сами. Крысы, подвергнутые инъекции, делали в два-три раза больше ошибок в ходе испытаний, нежели те из них, которые были выделены в контрольную группу. При этом любопытно отметить, что небольшая разница между двумя группами животных, тестируемых на способность выбираться из водного лабиринта, проявилась только во время нескольких первых заплывов. В дальнейшем различия между ними сглаживались.

Имея на руках такой фактический материал, У. Дингмэн и М. Спорн сделали единственно правильный вывод, что 8-аза-гуанин уменьшает способность крыс закреплять в памяти формируемые навыки. Вывод из этой работы американских психологов такой: пока синтез РНК приостановлен, новые следы от вводимой в мозг информации не возникают. Однако если такие следы уже были образованы, то на них блокада синтеза РНК не влияет.

На важную роль РНК в механизмах памяти указывают также клинические работы. Например, врачами было показано, что длительное введение этой кислоты в организм улучшает состояние памяти у пожилых людей, страдающих атеросклерозом сосудов головного мозга. Однако после прекращения введения РНК память у больных снова ухудшалась.

Полученные многочисленные данные как в условиях лабораторий при проведении экспериментов на животных, так и в условиях клиник в процессе обследования пациентов хотя и указывают на то, что РНК имеет прямое отношение к процессу запечатления воспринимаемой мозгом информации, тем не менее на многие вопросы ученым еще предстоит дать ответы. В частности, на вопрос: каким образом электрические сигналы, оказывающие влияние на химические процессы в нервных клетках, способствуют тому, что в них начинает синтезироваться специфическая РНК?

Для ответа на этот вопрос много было выдвинуто всевозможных предположений. Наиболее правдоподобной может считаться гипотеза уже упоминавшегося нами шведского ученого Хидена. Согласно его модели импульсы, генерируемые клетками мозга, вызывают изменения в системе электрических цепей центральной нервной системы. Модулированная частота следования электрических сигналов друг за другом, адресуемых к тому или иному нейрону, нарушает полный баланс внутри его, в результате чего видоизменяется устойчивость оснований молекул РНК. На этой фазе функционирования механизмов памяти запоминание, как правило, носит неустойчивый характер. В свою очередь, неустойчивость РНК приводит к замене одного основания другим, более стабильным при данной частоте возникновения электрических разрядов, из резервов свободных оснований, которые всегда имеются в наличии внутри нервной клетки. Как следствие этого, создается иного рода кодирующая система для РНК, в результате чего начинается синтез другого, отличного от прежнего, белка. Вот это уже процесс устойчивого закрепления следов в структурах головного мозга. Согласно гипотезе Хидена вновь синтезированный белок может реагировать на ту же самую частоту электрических разрядов, которая накануне определила видоизменение РНК. Подобная реакция, возбуждая нервные клетки, и способствует тому, что человек начинает вспоминать то, что хранится в его мозгу.