Морские улитки и гиппокамп: идеальные объекты?

Критерии соответствия

К 1980 году исследователи памяти уже достаточно хорошо разбирались, чему можно верить, а чему нет. Стало, например, ясно, что не существует уникальных молекул памяти. Сложилось общее мнение, что наиболее перспективна модель Доналда Хебба, в которой предполагалось изменение эффективности связей между нервными клетками, вероятно, в результате образования новых или роста существующих синапсов, и этим объяснялась перестройка функциональных отношений между нейронами. Модификации хеббовского типа, по-видимому, можно было бы выявлять нейрофизиологическими или биохимическими методами. Однако ни у кого не было уверенности, что какой-либо специфический биохимический процесс, кроме самого общего процесса белкового синтеза, можно однозначно связать с формированием следов памяти; ученые стали проявлять большую осторожность при оценке новых сообщений на эту тему. Что же такое в конце концов биохимия памяти и как проверить правильность предлагаемых ответов на этот вопрос? Иными словами, какой ответ был бы убедительным и для биохимиков, и для психологов? Каким требованиям должен отвечать эксперимент, чтобы изучаемый процесс можно было считать необходимым, достаточным и, быть может, даже специфичным для образования следов памяти?

На этот вопрос я попытался ответить в начале восьмидесятых годов [1]. К тому времени уже не составляло труда обнаружить биохимические изменения в мозгу обучавшегося животного; трудность заключалась в доказательстве того, что они действительно связаны с процессом запоминания. Я чувствовал, что не могу разумно планировать эксперименты, не имея критериев для оценки их результатов, а без этого я не знал бы, как двигаться дальше. Я решил, что любое изменение, которое можно будет рассматривать как часть следа памяти (энграммы), должно соответствовать критериям, описанным ниже1.

*1) Я несколько изменил формулировку этих критериев и порядок их обсуждения по сравнению с тем, как они были представлены в оригинальной статье, но это не затрагивает их сути. Я не хочу переписывать историю.

Первый критерий

Предполагаемый фактор (система, вещество, скорость его образования или обновления) в локализованном участке мозга должен претерпевать количественные изменения в процессе формирования следов памяти.

Если образуются новые или видоизменяются существующие синапсы, то в их химических или структурных компонентах должны появляться изменения, доступные для выявления биохимическими или микроскопическими методами (например, повышенное содержание синаптических мембранных белков, изменение размеров определенных синапсов или увеличение их числа). Однако если бы я выявил такое изменение в период обучения животного, но не убедился в его соответствии всем последующим критериям, я бы недалеко ушел от экспериментов шестидесятых годов, которые критиковал в предыдущей главе. То или иное изменение может быть действительно необходимым, но это еще не значит, что оно достаточно или специфично. Тем не менее первый критерий, безусловно, имеет фундаментальное значение для любой материалистической модели памяти. Он предполагает также условие локализации, т. е. изменения не могут быть распределены по всему мозгу - они должны быть сосредоточены в какой-то определенной области. Это, разумеется, возвращает нас к старому спору о возможности локализации энграмм (к этой теме я вернусь позднее; значительная часть двух последних глав будет посвящена вопросу о локализации памяти во времени и пространстве).

Обратите внимание, что первый критерий не включает таких условий, как направление и величина изменений. Вполне возможно представить себе «отрицательное» кодирование воспоминаний путем снижения уровня какого-то вещества или процесса, хотя на практике почти цсе исследователи пытаются выявить его повышение. А что же с величиной изменения?

Если что-то запомнилось вдвое лучше или вместо одного события или предмета запомнились два, значит ли это, что и изменение выражено вдвое сильнее? Совсем не обязательно, ибо в наших опытах мы измеряем память в условных единицах, которые сами же изобрели. При этом мы не можем знать, соответствуют ли наши масштабы тем, которыми пользуются сами животные, формируя следы памяти. Например, я могу обучить цыпленка не клевать горькую хромированную бусину, потом горькую красную и, наконец, горькую синюю бусину. Однако цыпленок не обязательно помнит их как три отдельных предмета. Скорее всего он вместо этого прибегает к иной, более рациональной стратегии, производя обобщение: «Все предметы определенного размера, независимо от цвета, имеют горький вкус, и их следует избегать». В этом случае он будет помнить один предмет, а не три.

Второй критерий

Изменение должно совпадать во времени с формированием следов памяти.

Очевидно, что следы образуются не мгновенно, словно нажатием кнопки, а на протяжении нескольких часов после запоминаемого события. В этот период изменяется форма сохранения следа. По крайней мере в случае декларативной памяти (глава 4) имеет место переход, занимающий несколько минут или часов, от первоначальной лабильной и кратковременной фазы к долговременной стабильной памяти.

Можно представить себе разные способы такого перехода (рис. 9.1). Одним из крайних вариантов может быть непрерывный процесс, в котором некая цепь биохимических реакций в определенной группе клеток неизбежно приводит от ранней, неустойчивой фазы к фиксированному конечному состоянию, как при затвердевании клея или проявлении фотоснимка. Другой вариант допускает возможность двух (или нескольких) более или менее независимых параллельных процессов, сопровождающихся изменениями электрических свойств и чувствительности какой-то группы нейронов, которые могут в первые минуты «кодировать» память, а затем постепенно отключаться. Между тем, если воспоминание достаточно важно, чтобы стоило сохранять его долгое время, могут потребоваться такие биохимические процессы, как реконструкция синапсов, которые будут постоянно представлять память в другой группе нейронов, возможно даже в другой части мозга. Эти два типа процессов - последовательная и параллельная обработка воспоминаний - служат, разумеется, крайними примерами; есть множество промежуточных вариантов [2], и становится все труднее планировать эксперименты, в которых можно было бы четко провести различие между ними.

Рис. 9.1. Кратковременная и долговременная память. Две модели перехода от кратковременной памяти к долговременной. Вверху показан вариант с последовательным, линейным переходом от фазы к фазе. Внизу - вариант с двумя независимыми процессами. Первоначальная активация клеток служит сигналом как для запуска механизмов кратковременного запоминания, так и для образования и последующего укрепления долговременных энграмм. При блокировании второго из этих процессов воспоминание утрачивается по мере угасания кратковременных следов. Имеющиеся данные говорят скорее в пользу нижнего варианта.

Тем не менее весь опыт изучения человеческой памяти указывает именно на такое подразделение памяти на кратковременную и долговременную. Результаты исследований, проведенных на таких больных, как X. М., показывают, что гиппокамп, не участвуя в проявлениях долговременной памяти, все же играет важную роль в переходе от кратковременной к долговременной фиксации ее следов. Но как бы ни работал мозг - путем последовательной или параллельной обработки информации (в дальнейших главах этому будет уделено больше внимания) - в обоих случаях с памятью связаны определенные клеточные процессы, и мы не можем не пытаться дифференцировать их экспериментальным путем.

Третий критерий

Стресс, двигательная активность и другие процессы, сопровождающие научение, не должны приводить к структурным или биохимическим изменениям, если при этом не образуются следы памяти.

Теоретически этот критерий очевиден, но его очень трудно проверить на практике. Если обучение животного в эксперименте невозможно без стресса, двигательной активности и т. п., то возможны ли стресс, двигательная активность и другие процессы без научения? Имеет ли смысл попытка такого разделения, и можно ли представить себе такой вариант в высшей степени редукционистского эксперимента, который позволил бы осуществить такое разделение? Не гонимся ли мы за чем-то неосуществимым ни экспериментально, ни теоретически? Вправе ли я вообще ставить этот вопрос, учитывая, сколько энергии я потратил на критику редукционизма с теоретических позиций?

Но именно потому, что на протяжении последних двух десятилетий я потратил столько времени в попытках получить результаты, удовлетворяющие обсуждаемому критерию, нелишне повторить, что следование редукционистской методологии в стратегии исследований (т. е. стремление стабилизировать изучаемый мир, манипулируя лишь одной переменной и сохраняя остальные по возможности стабильными) - это обычно единственный способ постановки эксперимента, позволяющий сделать четкие выводы. Ошибки случаются, когда переоценивают значимость таких выводов, забывая об искусственно ограниченных условиях эксперимента и вместе с тем допуская, что в реальной жизни, за стенами лаборатории, могут действительно иметь место изменения одной переменной; что очень просто экстраполировать искусственные условия лабораторной изоляции на сложно переплетенные условия реального мира. Именно этот прием, посредством которого редукционистская методология превращается в редукционистскую философию, столь популярен среди молекулярных биологов и части генетиков, но, к счастью, значительно реже используется психологами или нейробиологами. (Именно психологи подвергли наибольшему сомнению теоретическую обоснованность моего третьего критерия.)

Если не считать искусственных ситуаций, переменные находятся в непрерывном взаимодействии, и это взаимодействие носит не просто аддитивный характер. Чаще всего приводят пример из области генетики: там долго бытовало весьма наивное представление, что физиологию и поведение организма (его фенотип) можно условно разделить на два компонента, один из которых зависит от генов, а другой от окружающей среды. Таким образом, считалось, что фенотип организма практически полностью определяется совокупностью этих двух, очевидно независимых, компонентов. На самом деле, разумеется, взаимодействие между генами и факторами окружающей среды в процессе развития носит далеко не линейный характер, и попытки разделить фенотип на генетический и средовой компоненты обречены на неудачу. Пэт Бейтсон находит здесь аналогию с выпечкой пирожного. Смешивают разнообразные компоненты - муку, молоко, масло, сахар, специи, яйца и т. д., а потом смесь подвергают тепловой обработке. Каждый из этих компонентов необходим, чтобы готовое изделие имело желаемый вкус, однако бессмысленно задаваться вопросом, в какой мере этот вкус будет зависеть от муки, от яиц, от времени и температуры выпечки: в процессе смешивания и нагревания произошли качественные изменения составляющих компонентов.

Упрощенные концепции аддитивного взаимодействия генов и факторов среды хотя и фигурируют еще в стандартных учебниках генетики (часто даже без упоминания о его значении для здоровья человека), на самом деле очень мало связаны с тем, что происходит в реальной жизни. То же относится к исследованиям памяти. Если нельзя показать, что животное обучилось, иначе как по изменению поведения, и это изменение можно вызвать только определенной формой стресса или принуждения, то сопутствующие обучению биохимические изменения должны включать также изменения в ответ на стресс, в том числе эффекты нейромодуляторов, обсуждавшиеся в предыдущей главе. Тем не менее в том искусственном мире, который создается в лаборатории, можно и должно выделять переменные величины, каким-то образом связанные с фактами реальной жизни. У нас нет иного способа узнать что-либо о выпечке пирожного, кроме наблюдения за тем, что происходит, если исключать из смеси отдельные компоненты, изменять температуру или время приготовления и т. д. ...

Четвертый критерий

Если клеточные или биохимические изменения ингибируются в период, когда должно было происходить формирование энграмм, то последнее блокируется и у животного возникает амнезия, и наоборот.

Очевидно, что это логическая необходимость, и она составляет основу вмешательства в процессы памяти при использовании ингибиторов белкового синтеза, о которых шла речь в предыдущей главе. Однако это все не так просто, поскольку на практике ни один из таких ингибиторов нельзя считать «волшебной пулей», попадающей в единственную мишень и не дающей так называемых «побочных эффектов»; поэтому результаты экспериментов с ингибиторами обычно не дают однозначных результатов. Последние слова, которые я добавил к формулировке данного критерия, это что-то вроде барочного росчерка. Допустим, животное тренируют на выполнение задачи, что в обычных условиях приводит к ее усвоению, но в данном эксперименте этого не происходит, так как научение каким-то способом блокируется. В этом случае изучаемый биохимический процесс, если он действительно специфически связан с образованием следов памяти, должен отсутствовать, когда отсутствует запоминание. Эксперименты, основанные на этом критерии, описаны в следующей главе.

Пятый критерий

Удаление участка, в котором происходят биохимические, клеточные или физиологические изменения, должно препятствовать образованию следов памяти (или вспоминанию) в зависимости от того, когда по отношению к времени тренировки произведено удаление.

Этот логический аналог двух предыдущих критериев тоже может казаться очевидным. Если изменения связей, формирующие след памяти, локализованы в отдельной небольшой группе клеток, а не распределены в мозгу диффузно, то удаление этих клеток приведет к исчезновению энграммы или помешает ее формированию. Поскольку в эксперименте довольно просто создать в мозгу небольшие локализованные «дырки», не вызывая общего поражения, нетрудно проверить справедливость утверждения, что какой-то участок является тем самым носителем энграммы, который определяет данное поведение. Если соответствующее повреждение приводит к амнезии или неспособности к обучению, это может подтвердить локализацию энграммы. Однако этот вывод отражает статичный и механистический взгляд на способ фиксации воспоминаний в мозгу. Если же процесс хранения следов более динамичен и в нем участвует много различных участков, такой эксперимент ничего не даст. Кроме того, игнорируется пластичность мозга (при удалении одного участка его функцию может принимать на себя другой участок); этот вопрос исследуется в экспериментах, описанных в главе 11. Наконец, никогда не следует забывать о свойственной всем травмирующим экспериментам двойственности: вспомним пример Ричарда Грегори с радиоприемником и подавляющим шумы транзистором.

Шестой критерий

При нейрофизиологической регистрации сигналов из мест изменения на клеточном уровне должны выявляться изменения в электрических ответах нейронов во время и (или) после формирования следов памяти.

Если верна гипотеза Хебба о хранении следов памяти в форме измененных синаптических связей, то обучение должно сопровождаться изменением электрической активности нейронов, соединенных изменившимися синапсами. Данная мною формулировка этого критерия предполагает, что начинать надо с поиска изменений на биохимическом и клеточном уровнях и уже на этой основе выявлять нейрофизиологические изменения, т. е. нейрофизиология в известном смысле рассматривается просто как побочный продукт биохимических и клеточных изменений. Разумеется, эта точка зрения отражает лишь мои личные склонности как не до конца перестроившегося нейро-химика. На практике нейрофизиология может с таким же успехом вести (а в таких важных случаях, как эксперименты на аплизии или изучение долговременной потенциации, и в самом деле вела) за собой биохимию и клеточную биологию, помогая находить клетки, чьи электрические, а значит, и биохимические свойства изменяются при научении. Я не имею в виду, что биохимия первична или в редукционистском смысле более фундаментальна, чем физиология; я утверждаю только, что измененная биохимия претворяется в измененную физиологию точно так же, как и в измененное поведение.

Эти шесть критериев формировали мои собственные исследования, начиная с восьмидесятых годов. Я пытался выявить биохимические, морфологические и физиологические изменения в отдельных областях мозга цыплят в период от нескольких минут до нескольких часов после тренировки в выполнении простой задачи с целью 1) показать, что эти изменения связаны именно с образованием следов памяти, а не с какими-либо побочными аспектами обучения; 2) показать, что блокада этих изменений предотвращает запоминание, и наоборот; а также 3) изучить последствия удаления изменяющихся участков мозга до и после обучения. Результаты использования этих критериев я опишу в двух последующих главах, единственными героями которых будут цыплята; а сейчас речь пойдет не о моих собственных экспериментах, а о важнейших работах других исследователей, проводившихся в последнее десятилетие.


Разделы:Скорочтение - как читать быстрее | Онлайн тренинги по скорочтению. Пошаговый курс для освоения навыка быстрого чтения | Проговаривание слов и увеличение скорости чтения | Угол зрения - возможность научиться читать зиг-загом | Концентрация внимания - отключение посторонних шумов Медикаментозные усилители - как повысить концентрирующую способность мозга | Запоминание - Как читать, запоминать и не забывать | Курс скорочтения - для самых занятых | Статьи | Книги и программы для скачивания | Иностранный язык | Развитие памяти | Набор текстов десятью пальцами | Медикаментозное улучшение мозгов | Обратная связь