Механизмы долговременной памяти

долговременная память

Мы уже выяснили, какие механизмы участвуют в формировании долговременной памяти, а именно то, что при обучении нейроны головного мозга образуют новые отростки и увеличивают количество активных синаптических контактов друг с другом.

Иными словами, долговременная память обуславливается структурно-анатомическими изменениями мозга, и этот процесс контролируется генетическим аппаратом нейронов. Однако остается неясным вопрос – за счет чего нейронные сети могут поддерживать долговременные структурные изменения, иногда на протяжении всей жизни.

Дело в том, что все клетки нашего тела постоянно обновляются, какие-то быстрее, какие-то медленнее.

Например, клетки эпителия желудка и кишечника обновляются каждые 5 дней, клетки кожи – каждые 14 дней, клетки крови (за исключением некоторых иммунных) – каждые 150 дней, клетки печени – каждые 300-500 дней, костные клетки – каждые 10 лет, мышечные клетки – каждые 15 лет (данные Йонаса Фрисена, 2005).

И только сердечная мышца, и хрусталик глаза не обновляются никогда, поскольку гены их клеток, ответственные за деление, заблокированы. Нейроны головного мозга также не делятся, однако, как совсем недавно выяснилось, они способны к обновлению.

Происходит это за счет некоторых областей мозга, продуцирующих стволовые клетки, которые могут мигрировать в любую часть мозга, замещая там погибшие нейроны. К таким областям относятся район желудочков мозга, гиппокамп (особенно та его часть, которая ответственна за обучение и консолидацию памяти) и некоторые другие.

Даже если допустить, что клетки коры мозга, вероятное место хранения долговременной памяти, никогда не обновляются, и их продолжительность жизни равна продолжительности жизни индивида, все равно встает вопрос постоянного синтеза и распада белков, непрекращающегося метаболизма. Как же может что-то храниться пожизненно в условиях постоянного обновления?

Holger Hydén

По версии шведского биохимика Holger Hydén за индивидуальную память отвечает РНК, точно так же, как ДНК отвечает за генетическую память. В 1959 году в серии экспериментов он установил, что количество РНК крыс, прошедших обучение, на 12% больше, чем у необученных животных. И именно эти молекулы РНК и являются нейрохимическим субстратом памяти, постоянно генерирующими необходимые белки.

Эти опыты привели многих исследователей к идее «переноса памяти»: при перенесении РНК обученного организма в необученный, последний должен приобретать умения и навыки организма-донора, кодируемые молекулой РНК.

James McConnell

Наиболее известны в этом плане исследования американского зоопсихолога James McConnell, проведенные в 1960 на планариях (Planariidae). Он вырабатывал у них условные рефлексы на свет в сочетании с током и проверял их поведение в Т-образном лабиринте. Далее он скармливал части обученных планарий необученным особям. При этом необученные особи приобретали «знания» съеденных обученных и отвечали на условный раздражитель (воспроизводили условный рефлекс) быстрее контрольной группы. К сожалению, этот опыт так никому и не удалось воспроизвести и достоверность результатов поставлены под сомнение.

Ответ, как всегда, пришел с неожиданной стороны. Все объясняет присутствующий в нейронах белок СРЕВ (cytoplasmic polyadenylation element binding protein), обеспечивающий поддержание локального синтеза белков.

Давайте вспомним цепочку событий, происходящих во время формирования долговременной памяти. Многократное действие раздражителя вызывает выделение серотонина из интернейрона аплизии, который приводит к увеличению цАМФ в сенсорном нейроне, способствуя поступлению протеинкиназы А и МАР-киназы в ядро нейрона, где они активируют транскрипционный фактор – белок CREB (не путать с CPEB).


Если вы уже потеряли нить – прочтите еще раз статьи Пошевели аксонами и Мемуары аплизии.


Активация CREB, в свою очередь, вызывает экспрессию генов, которая меняет клетку в структурном и функциональном отношении. Это выражается в продукции неактивной иРНК (информационная РНК, несущая информацию об аминокислотной последовательности белков), которая безадресно распространяется по всему телу нейрона. Однако белок синтезируется на основе этой иРНК только в тех синапсах, которые в данный момент несут кратковременные изменения (то есть те, на которые подействовал серотонин интернейрона). Вот здесь-то и вступает в игру СРЕВ белок, находящийся в окончаниях синаптических отростков (как активных, так и неактивных).

Особенность этого белка в том, что он обладает прионными свойствами! В этом и кроется разгадка долговременного хранения памяти.

Прионы – это белки с аномальной третичной структурой, причем они способны «размножаться», превращая нормальные белки в себе подобные. В результате такой цепной реакции образуется большое количество «неправильных» белков, накопление которых приводит к отмиранию мозговых тканей.

До недавнего времени считалось, что прионы – это чрезвычайно контагиозные инфекционные белковые агенты (наподобие вирусов), вызывающие смертельные и неизлечимые заболевания, такие как губчатая энцефалопатия животных («вертячка» у овец, «коровье бешенство»). У человека известно 4 основных прионных заболевания: инфекционные болезни Крейтцфельда-Якоба и куру, а также два наследственных заболевания – синдром Герстманна-Штреусслера-Шейнкера и фатальная семейная бессонница. Во всех случаях поражается нервная система — идет образование амилоидов (как при болезни Альцгеймера и Паркинсона).

Существует межвидовой барьер контагиозности прионов, однако он иногда прорывается. Например, человек может заразиться коровьем бешенством, поедая мясо инфицированных животных. Особенность  прионных белков заключается в их поразительной стабильности, они устойчивы к денатурации, и их почти невозможно уничтожить ни химическим, ни физическим путем (длительное кипячение, ультразвук, ультафиолет и прочие средства не помогают, именно поэтому бесполезно жарить мясо зараженных животных, прионы от этого не погибают).

Прионы остаются заразными даже после фиксации пораженных тканей в формалине. Инкубационный период заболевания, как правило, долгий и составляет от года до 50 лет. Интересно, что белок, образующий прионы – это нормальный белок клеточных мембран млекопитающих (PrPc), состоящий из 208 аминокислотных остатков и присутствующий в каждой клетке организма.

При каких условиях белок PrPc превращается в инфекционную форму PrPSc неизвестно, однако совершенно ясно, что данный белок имеет две формы – нормальную и инфекционную. Однако не все прионы вызывают развитие заболеваний. В 1990 году у обычных дрожжей были открыты прионные белки иного типа. Они возникают спонтанно и довольно редко, но возникнув могут передаваться следующему поколению (белковая наследственность). При этом они абсолютно безопасны для людей и не опасны для самих дрожжей.

СРЕВ структурно очень похож на дрожжевые прионы: он состоит из функционального и способного к полимеризации прионного домена. Последний не структурирован и обогащен аминокислотными остатками глутамина и аспарагина. В зависимости от конформационной структуры СРЕВ может быть доминантным (активным) или рецессивным (неактивным). Свойство доминантной формы в том, что она способна превращать рецессивную форму в доминантную, а также в том, что она способна самоподдерживаться и, значит, сохраняться в синапсах неограниченно долгое время.

участие прионов в механизмах памяти

Таким образом, первое воздействие серотонина на нейрон провоцирует поступление неактивной иРНК из ядра ко всем окончаниям аксона сенсорного нейрона. При повторных действиях серотонина, рецессивный СРЕВ, который присутствует во всех синапсах, переходит в доминантную форму.

Доминантный СРЕВ активирует неактивную иРНК, и уже активированная иРНК начинает управлять синтезом белков в новообразованных синаптических окончаниях, укрепляя синаптическую связь и обеспечивая поддержание долговременной память.

В тех же синапсах, на которые воздействия серотонина не было, СРЕВ белок остается в своей неактивной рецессивной форме. Соответственно, иРНК в этих синапсах также не активируется, и синтеза новых белков не происходит.

Забывание и извлечение следов памяти

Считается доказанным факт, что мы оперируем в повседневной жизни лишь мизерной частью памяти, содержащейся в мозге (так называемая активная память). Пассивная память содержит массу информации, которую мы не помним или не можем вспомнить, но которая никуда от этого не исчезает.

Забывание носит всегда временный характер. Считается, что все, что было когда-то переведено в долговременную память остается там навсегда и забывание связано не с распадом следа памяти, а с несовершенством аппарата воспроизведения. Пример тому – ретроградная амнезия, когда аппарат воспроизведения следов памяти нарушается, но память со временем может вернуться.

Процесс запоминания, формирования следов памяти, сложен и состоит из нескольких последовательных стадий: кодирования, интеграции и ассоциации, транслокации и консолидации (стабилизация + усиление).

Первоначально память формируется созданием некоей модели запоминаемого события (кодирование). Затем эта модель встраивается в уже имеющийся прошлый опыт (интеграция и ассоциация) и анатомически реорганизуется (транслокация).

Консолидация делает след памяти более стабильным и более устойчивым для последующего извлечения из памяти. После первоначальной стабилизации след памяти может храниться неопределенно долгое время и в любой момент может подвергнуться извлечению.

Процесс извлечения, однако, сам дестабилизирует след памяти, и для приведения его в стабильную форму необходима реконсолидация. Если реконсолидации не происходит – след памяти может распасться и исчезнуть.

Процесс консолидации в последнее время был расширен усилительной фазой, которая заключается в активном удержании памяти вместо ее стирания, либо в простом поддержании памяти. Любопытно, что стабилизирующая составляющая консолидации памяти протекает во время бодрствования, а усилительная – исключительно во время сна.  Все эти процессы проходят без участия сознания.

Благодаря этим процессам, мы запоминаем новую информацию не по-отдельности, а комплексно. Особенно это касается процедурной памяти, но также и декларативной. Имеет значение в каких условиях мы запоминаем событие, при каком эмоциональном фоне и т.д.

Запоминается вся картина целиком, с акцентами на том, что больше всего привлекло наше внимание. И даже если в будущем какой-либо один из компонентов этого целостного воспоминания вновь возникает, он тянет за собой, оживляет всю картину, всю совокупность ощущений, пережитых в прошлом.

Это явление ярко описано Марселем Прустом в его «В поисках утраченного времени», где он окунает печенье «Мадлен» в чашку чая и живо вспоминает давно забытые воспоминания детства, когда он точно также пил чай с печеньем. Совпадение одного единственного ощущения (вкус печенья) вызвал к жизни все то, что было с этим ассоциировано, все то, что было пережито им в детстве.

Причем оживить целостное воспоминание способны любые стимулы: зрительные образы, запахи, вкусовые либо тактильные ощущения и т.д. С другой стороны, вызывая эти воспоминания к жизни, мы их актуализируем и тогда они снова отложатся в долговременной памяти, но уже измененными, как если бы мы открыли запечатанную много лет назад бутылку, вытащили оттуда записку и заменили ее на эквивалентную. Вроде бы записка по содержанию та же, но по факту другая.

С этим явлением связано такое свойство памяти как способность к реконструкции. При вспоминании мозг заново конструирует прошлые события, причем часто пользуясь информацией, полученной много позже данного события. Именно поэтому наши воспоминания – не точная копия прошлого события, а его переработанная форма. Свойства мозга к реконструкции лежит в основе таких явлений как ложные воспоминания (конфабуляции).

Процессы извлечения следов памяти изучены слабо и единого мнения на этот счет нет. Однако считается, что забывание связано не с исчезновением следов памяти, а с несовершенством работы аппарата по извлечению памяти из долговременного хранилища. Как если бы мы пытались вручную найти нужный нам файл в миллионах папок на персональном компьютере. Файл есть, но извлечь его затруднительно.

Лучше всего запоминаются, а, значит, и извлекаются эмоционально-окрашенные события в сравнении с эмоционально-нейтральными. Это объясняется тем, что в процессах консолидации памяти, кроме гиппокампа, принимают участие другие структуры лимбической системы, в том числе черная субстанция, чей медиатор дофамин играет ведущую роль в системе подкрепления.

Что удивительно запоминаются лучше эмоционально-негативные события, а вот эмоционально-нейтральные и эмоционально-положительные события запоминаются гораздо хуже.

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.