Още си спомням екшън филма „Джони мнемоничният“. Там К. Рийвс имплантира флаш устройство в мозъка и качи там неизмерими количества информация. Колко е готино да си спомняш всичко! Но Шерлок Холмс нарече паметта - таванското помещение. Ако хвърлите всичко там и го съхранявате в продължение на много години, тогава ще бъде невъзможно да го намерите там бързо и може би изобщо няма да работи. Следователно той си спомни само това, от което се нуждаеше в работата си.
Днес дори отговорът на основния въпрос - какво е паметта във времето и пространството - може да се състои главно от хипотези и предположения. Ако говорим за пространството, тогава все още не е много ясно как се организира паметта и къде точно се намира в мозъка. Данните от науката предполагат, че неговите елементи присъстват навсякъде, във всяка от областите на нашето „сиво вещество“.
Освен това една и съща, на пръв поглед, информация може да бъде записана в паметта на различни места.
Например, установено е, че пространствената памет (когато за първи път си спомняме определена среда - стая, улица, пейзаж) е свързана с област на мозъка, наречена хипокампус. Когато се опитаме да извадим тази ситуация от паметта си, да речем, десет години по-късно, тогава тази памет вече ще бъде извлечена от съвсем различна област. Да, паметта може да се движи в мозъка и тази теза е най-добре илюстрирана от експеримент, веднъж проведен с пилета. Импринтирането играе важна роля в живота на току-що излюпените пилета - незабавно обучение (и поставянето на памет е ученето). Например, пиле вижда голям движещ се предмет и веднага "отпечатва" в мозъка: това е пиле майката, трябва да го следвате. Но ако след пет дни частта от мозъка, отговорна за отпечатването, бъде премахната от пилето, се оказва, че … запомненото умение не е отишло никъде. Той се е преместил в различна област и това доказва, че има едно хранилище за незабавни резултати от обучението и друго за дългосрочно съхранение.
Спомняме си с удоволствие
Но още по-изненадващо е, че мозъкът няма толкова ясна последователност на движение на паметта от оперативна към постоянна, както се случва в компютър. Работната памет, която записва незабавни усещания, едновременно задейства и други механизми на паметта - средносрочна и дългосрочна. Но мозъкът е енергоемка система и затова се опитва да оптимизира използването на своите ресурси, включително паметта. Следователно природата е създала многоетапна система. Работната памет бързо се формира и също толкова бързо се унищожава - има специален механизъм за това. Но наистина важни събития се записват за дългосрочно съхранение, докато тяхното значение се подчертава от емоцията, отношението към информацията.
Промоционално видео:
На физиологично ниво емоцията е активирането на най-мощните биохимични модулиращи системи. Тези системи отделят хормони-медиатори, които променят биохимията на паметта в правилната посока. Сред тях например са различни хормони на удоволствието, чиито имена напомнят не толкова на неврофизиологията, колкото на криминалната хроника: това са морфини, опиоиди, канабиноиди - тоест лекарства, произвеждани от нашето тяло. По-специално, ендоканабиноидите се генерират директно при синапси - контактите на нервните клетки. Те влияят върху ефективността на тези контакти и по този начин „насърчават“записването на тази или онази информация в паметта. Други вещества от броя на хормоналните медиатори могат, напротив, да потиснат процеса на прехвърляне на данни от работна памет в дългосрочна памет.
Механизмите на емоционалното, тоест укрепването на биохимичната памет сега се изучават активно. Единственият проблем е, че лабораторни изследвания от този вид могат да се извършват само върху животни, но колко може да ни каже един лабораторен плъх за своите емоции?
Ако сме запазили нещо в паметта си, тогава понякога идва време да запомним тази информация, тоест да я извлечем от паметта. Но правилна ли е думата "екстракт"? Явно, не много. Изглежда, че механизмите на паметта не извличат информация, а я регенерират. Няма информация в тези механизми, също както няма глас или музика в "хардуера" на радиоприемник. Но всичко е ясно с приемника - той обработва и преобразува получения електромагнитен сигнал към антената. Какъв вид "сигнал" се обработва при извличане на паметта, къде и как се съхраняват тези данни, все още е много трудно да се каже. Вече е известно обаче, че по време на припомняне паметта се пренаписва, променя или поне това се случва с някои видове памет.
Не електричество, а химия
В търсене на отговор на въпроса как човек може да модифицира или дори да изтрие паметта, през последните години бяха направени важни открития и се появиха редица произведения върху „молекулата на паметта“.
Всъщност те се опитват да изолират такава молекула или поне някакъв материален носител на мисълта и паметта в продължение на двеста години, но без особен успех. В крайна сметка неврофизиолозите стигнаха до извода, че в мозъка няма нищо специфично за паметта: има 100 милиарда неврони, между тях има 10 квадрилиона връзки и някъде там, в тази мрежа от космически мащаби, паметта, мислите и поведението са кодирани равномерно. Правени са опити да се блокират определени химикали в мозъка и това доведе до промяна в паметта, но и до промяна в цялостното функциониране на организма. Едва през 2006 г. се появяват първите работи по биохимичната система, което изглежда е много специфично за паметта. Блокирането й не предизвика никаква промяна в поведението или способността за учене - само загуба на част от паметта ѝ. Например паметта на ситуацията,ако блокерът е бил инжектиран в хипокампуса. Или емоционален шок, ако в амигдалата е инжектиран блокер. Откритата биохимична система е протеин, ензим, наречен протеин киназа М-зета, който контролира други протеини.
Един от основните проблеми на неврофизиологията - невъзможността за провеждане на експерименти върху хора. Въпреки това, дори при примитивните животни, основните механизми на паметта са подобни на нашите.
Молекулата работи на мястото на синаптичен контакт - контакт между невроните в мозъка. Тук трябва да направим едно важно отклонение и да изясним спецификата на тези много контакти. Мозъкът често се оприличава с компютър и затова много хора смятат, че връзките между невроните, които създават всичко, което наричаме мислене и памет, имат чисто електрически характер. Но това не е така. Езикът на синапсите е химия, тук някои секретирани молекули, като ключ с ключалка, взаимодействат с други молекули (рецептори) и едва тогава започват електрическите процеси. Ефективността и високата производителност на синапса зависят от това колко специфични рецептори ще бъдат доставени през нервната клетка до мястото на контакт.
Протеин със специални свойстваПротеин киназата M-zeta просто контролира доставката на рецептори към синапса и по този начин повишава неговата ефективност. Когато тези молекули са включени едновременно в десетки хиляди синапси, настъпва пренасочване на сигнала и общите свойства на определена мрежа от неврони се променят. Всичко това ни казва малко за това как промените в паметта са кодирани при това пренасочване, но едно е сигурно: ако протеин киназата M-zeta бъде блокирана, паметта ще бъде изтрита, защото химическите връзки, които я осигуряват, няма да работят. Новооткритата „молекула“на паметта има редица интересни характеристики.
Първо, той е способен на самовъзпроизвеждане. Ако в резултат на изучаването (тоест получаването на нова информация) в синапса се образува определена добавка под формата на определено количество протеин киназа М-зета, тогава това количество може да остане там много дълго време, въпреки факта, че тази протеинова молекула се разлага за три до четири дни. По някакъв начин молекулата мобилизира ресурсите на клетката и осигурява синтеза и доставката на нови молекули до мястото на синаптичен контакт, за да замени тези, които са останали.
На второ място, една от най-интересните характеристики на протеин киназата на M-zeta е нейното блокиране. Когато изследователите трябваше да получат вещество за експерименти по блокиране на паметта "молекула", те просто "четат" частта от нейния ген, който кодира нейния собствен пептиден блокер, и го синтезират. Този блокер обаче никога не се произвежда от самата клетка и с каква цел еволюцията е оставила своя код в генома не е ясно.
Третата важна характеристика на молекулата е, че и самата тя, и нейният блокер имат почти идентичен външен вид за всички живи същества с нервна система. Това показва, че в лицето на протеин киназа M-zeta имаме работа с най-древния адаптивен механизъм, върху който също е изградена човешката памет.
Разбира се, протеин киназата М-зета не е "молекула памет" в смисъла, в който учени от миналото се надяваха да я намерят. Той не е материален носител на запаметена информация, но очевидно действа като ключов регулатор на ефективността на връзките в мозъка, инициира появата на нови конфигурации в резултат на ученето.
Направете контакт
Сега експериментите с блокера на протеин киназа М-зета имат в някакъв смисъл характера на „стрелба в района“. Веществото се инжектира в определени части на мозъка на опитни животни с помощта на много тънка игла и по този начин изключва паметта веднага в големи функционални блокове. Границите на навлизането на блокера не винаги са ясни, както и концентрацията му в зоната на обекта, избран за цел. В резултат не всички експерименти в тази област дават недвусмислени резултати.
Истинското разбиране на процесите, възникващи в паметта, може да бъде осигурено чрез работа на нивото на отделните синапси, но това изисква целенасочена доставка на блокер в контакт между невроните. Днес това е невъзможно, но тъй като такава задача е изправена пред науката, рано или късно инструментите за нейното решение ще се появят. Специални надежди са възложени на оптогенетиката. Установено е, че клетка, в която способността за синтез на светлочувствителен протеин е изградена чрез методи на генно инженерство, може да се контролира с помощта на лазерен лъч. И ако все още не са извършени подобни манипулации на нивото на живите организми, вече се прави нещо подобно на базата на отглеждани клетъчни култури и резултатите са много впечатляващи.
Автор - доктор на биологичните науки, член-кореспондент на Руската академия на науките, професор, директор на РАН на IVNDiNF
