Joprojām atceros darbības filmu “Džonijs Mnemoniskais”. Tur K. Reeves smadzenēs implantēja zibatmiņu un tur augšupielādēja neizmērītu informācijas daudzumu. Cik forši ir atcerēties visu! Bet Šerloks Holmss sauca atmiņu - bēniņu. Ja jūs visu iemetīsit tur un glabāsiet daudzus gadus, tad to ātri atrast tur nebūs iespējams, un varbūt to vispār nebūs iespējams atrast. Tāpēc viņš atcerējās tikai to, kas viņam bija vajadzīgs savā darbā.
Mūsdienās pat atbildi uz pamatjautājumu - kas ir atmiņa laikā un telpā - galvenokārt var veidot hipotēzes un pieņēmumi. Ja mēs runājam par kosmosu, tad joprojām nav īsti skaidrs, kā atmiņa tiek sakārtota un kur tieši tā atrodas smadzenēs. Zinātnes dati liecina, ka tās elementi ir sastopami visur, katrā no mūsu "pelēkās vielas" jomām.
Turklāt vienu un to pašu, šķietami, informāciju dažādās vietās var ierakstīt atmiņā.
Piemēram, ir noteikts, ka telpiskā atmiņa (kad mēs pirmo reizi atceramies noteiktu vidi - istabu, ielu, ainavu) ir saistīta ar smadzeņu zonu, ko sauc par hipokampu. Kad mēs mēģināsim izņemt šo situāciju no mūsu atmiņas, teiksim, desmit gadus vēlāk, tad šī atmiņa jau tiks iegūta no pavisam cita apgabala. Jā, atmiņa var pārvietoties smadzenēs, un šo tēzi vislabāk ilustrē eksperiments, kas reiz veikts ar vistām. Iespiešanai ir svarīga loma tikko izšķīlušos cāļu dzīvē - tūlītēja mācīšanās (un atmiņas izvietošana ir mācīšanās). Piemēram, vistas redz lielu kustīgu priekšmetu un nekavējoties smadzenēs "nospiež": šī ir māte vista, jums viņai jāseko. Bet, ja pēc piecām dienām no vistas tiek noņemta smadzeņu daļa, kas atbildīga par iespiedumu, izrādās, ka … iegaumētā prasme nekur nav aizgājusi. Tas ir pārcēlies uz citu jomu, un tas pierāda, ka ir viens repozitorijs tūlītējiem mācību rezultātiem, bet cits - ilgtermiņa glabāšanai.
Mēs atceramies ar prieku
Bet vēl pārsteidzošāk ir tas, ka smadzenēm nav tik skaidras atmiņas kustības secības no operatīvās uz pastāvīgo, kā tas notiek datorā. Darba atmiņa, kas reģistrē tūlītējas sajūtas, vienlaikus iedarbina arī citus atmiņas mehānismus - vidēja termiņa un ilgtermiņa. Bet smadzenes ir energoietilpīga sistēma, tāpēc cenšas optimizēt savu resursu, ieskaitot atmiņu, izmantošanu. Tāpēc daba ir izveidojusi daudzpakāpju sistēmu. Darba atmiņa tiek ātri izveidota un tikpat ātri iznīcināta - tam ir īpašs mehānisms. Bet tiešām svarīgi notikumi tiek ierakstīti ilgstošai glabāšanai, savukārt to nozīmi uzsver emocijas, attieksme pret informāciju.
Reklāmas video:
Fizioloģiskā līmenī emocijas ir visspēcīgāko bioķīmisko modulējošo sistēmu aktivizēšana. Šīs sistēmas atbrīvo hormonus-starpniekus, kas maina atmiņas bioķīmiju pareizajā virzienā. Starp tiem, piemēram, ir dažādi izpriecu hormoni, kuru nosaukumi ne tik daudz atgādina neirofizioloģiju, bet gan kriminālo hroniku: tie ir morfīni, opioīdi, kanabinoīdi - tas ir, mūsu ķermeņa ražotās zāles. Jo īpaši endokannabinoīdi tiek ģenerēti tieši sinapsēs - nervu šūnu kontaktos. Viņi ietekmē šo kontaktu efektivitāti un tādējādi "mudina" ierakstīt šo vai šo informāciju atmiņā. Citas vielas no hormonu starpnieku skaita, gluži pretēji, var nomākt datu pārsūtīšanas procesu no darba atmiņas uz ilgtermiņa atmiņu.
Tagad aktīvi tiek pētīti emocionālās, tas ir, bioķīmiskās atmiņas stiprināšanas mehānismi. Vienīgā problēma ir tā, ka šāda veida laboratoriskos pētījumus var veikt tikai ar dzīvniekiem, bet cik daudz laboratorijas žurka var mums pastāstīt par savām emocijām?
Ja mēs kaut ko esam saglabājuši mūsu atmiņā, tad dažreiz ir pienācis laiks atcerēties šo informāciju, tas ir, to iegūt no atmiņas. Bet vai vārds "izraksts" ir pareizs? Acīmredzot ne pārāk daudz. Liekas, ka atmiņas mehānismi informāciju neizgūst, bet atjauno. Šajos mehānismos nav informācijas, tāpat kā radio uztvērēja "aparatūrā" nav balss vai mūzikas. Bet ar uztvērēju viss ir skaidrs - tas apstrādā un pārveido antenā saņemto elektromagnētisko signālu. Joprojām ir ļoti grūti pateikt, kāds “signāls” tiek apstrādāts, iegūstot atmiņu, kur un kā šie dati tiek glabāti. Tomēr jau ir zināms, ka atcerēšanās laikā atmiņa tiek pārrakstīta, pārveidota vai vismaz tas notiek ar dažiem atmiņas veidiem.
Ne elektrība, bet ķīmija
Meklējot atbildi uz jautājumu par to, kā modificēt vai pat izdzēst atmiņu, pēdējos gados ir veikti svarīgi atklājumi, un par “atmiņas molekulu” ir parādījušies vairāki darbi.
Faktiski viņi ir mēģinājuši izolēt šādu molekulu vai vismaz kādu domas un atmiņas materiālu nesēju divsimt gadu laikā, bet bez lieliem panākumiem. Beigu beigās neirofiziologi nonāca pie secinājuma, ka smadzenēs nav nekā īpaša, kas piemīt atmiņai: ir 100 miljardi neironu, starp tiem ir 10 kvadriljonu savienojumi, un kaut kur tur, šajā kosmiskā mēroga tīklā, atmiņa, domas un uzvedība ir vienādi kodētas. Ir veikti mēģinājumi bloķēt noteiktas smadzenēs esošās ķīmiskās vielas, un tas ir izraisījis izmaiņas atmiņā, kā arī izmaiņas visā ķermeņa darbībā. Tikai 2006. gadā parādījās pirmie bioķīmiskās sistēmas darbi, kas, šķiet, ir ļoti specifiski atmiņai. Viņas aizsprostojums neizraisīja nekādas izmaiņas uzvedībā vai mācīšanās spējās - tikai daļēja atmiņas zaudēšana. Piemēram, situācijas atmiņa,ja bloķētājs ir ievadīts hipokampā. Vai arī emocionāls šoks, ja amygdalā tika ievadīts bloķētājs. Atrasta bioķīmiskā sistēma ir olbaltumviela, ferments, ko sauc par olbaltumvielu kināzi M-zeta, kas kontrolē citas olbaltumvielas.
Viena no galvenajām neirofizioloģijas problēmām - nespēja veikt eksperimentus ar cilvēkiem. Tomēr pat primitīviem dzīvniekiem pamata atmiņas mehānismi ir līdzīgi mūsējiem.
Molekulā darbojas sinaptiskā kontakta vieta - smadzeņu neironu kontakts. Šeit mums ir jāizdara viena svarīga novirze un jāprecizē šo ļoti kontaktu specifika. Smadzenes bieži pielīdzina datoram, un tāpēc daudzi cilvēki domā, ka savienojumi starp neironiem, kas rada visu, ko mēs saucam par domāšanu un atmiņu, pēc būtības ir tīri elektriski. Bet tas tā nav. Sinapses valoda ir ķīmija, šeit dažas izdalītās molekulas, piemēram, atslēga ar slēdzeni, mijiedarbojas ar citām molekulām (receptoriem), un tikai tad sākas elektriski procesi. Sinapses efektivitāte un augstā caurlaidspēja ir atkarīga no tā, cik daudz specifisku receptoru tiks piegādāts caur nervu šūnu uz kontakta vietu.
Olbaltumvielas ar īpašām īpašībāmOlbaltumvielu kināze M-Zeta tikai kontrolē receptoru piegādi sinapsē un tādējādi palielina tā efektivitāti. Kad šīs molekulas vienlaikus tiek ieslēgtas desmitiem tūkstošu sinapsēs, notiek signāla pārvirzīšana un mainās noteikta neironu tīkla vispārējās īpašības. Tas viss maz stāsta par to, kā atmiņā tiek kodētas izmaiņas šajā maršrutā, taču viens ir skaidrs: ja proteīna kināzes M-zeta tiek bloķēta, atmiņa tiks izdzēsta, jo ķīmiskās saites, kas to nodrošina, nedarbosies. Jaunatklātajai atmiņas "molekulai" ir vairākas interesantas iezīmes.
Pirmkārt, tas spēj patstāvīgi reproducēt. Ja mācīšanās (tas ir, jaunas informācijas iegūšanas) rezultātā sinapsē veidojas noteikta piedeva noteikta daudzuma olbaltumvielu kināzes M-Zeta formā, tad šis daudzums tur var palikt ļoti ilgi, neskatoties uz to, ka šī olbaltumvielu molekula sadalās trīs līdz četrās dienās. Kaut kā molekula mobilizē šūnas resursus un nodrošina jaunu molekulu sintēzi un piegādi sinaptiskā kontakta vietā, lai aizstātu tās, kas ir atstājušas.
Otrkārt, viena no visinteresantākajām M-zeta proteīna kināzes īpašībām ir tās bloķēšana. Kad pētniekiem vajadzēja iegūt vielu eksperimentiem par atmiņas "molekulas" bloķēšanu, viņi vienkārši "nolasīja" viņas gēna sadaļu, kas kodē viņas pašas peptīdu blokatoru, un to sintezēja. Tomēr šo bloķētāju pati šūna nekad neražo, un kādam nolūkam evolūcija atstāja savu kodu genomā, nav skaidrs.
Trešā svarīgā molekulas īpašība ir tā, ka gan tai, gan tās bloķētājam ir gandrīz identisks izskats visām dzīvajām lietām ar nervu sistēmu. Tas norāda, ka olbaltumvielu kināzes M-Zeta personā mums ir darīšana ar vissenāko adaptīvo mehānismu, uz kura balstās cilvēka atmiņa.
Protams, proteīna kināze M-Zeta nav "atmiņas molekula" tādā nozīmē, kādā pagātnes zinātnieki to cerēja atrast. Tas nav materiāls iegaumētas informācijas nesējs, bet, protams, darbojas kā galvenais smadzeņu savienojumu efektivitātes regulators, mācīšanās rezultātā ierosina jaunu konfigurāciju rašanos.
Izveidojiet kontaktu
Tagad eksperimentiem ar olbaltumvielu kināzes M-zeeta bloķētāju savā ziņā ir "šaušana pa visu teritoriju". Vielu injicē noteiktās eksperimentālo dzīvnieku smadzeņu daļās ar ļoti plānu adatu un tādējādi lielos funkcionālos blokos nekavējoties izslēdz atmiņu. Bloķētāja iespiešanās robežas ne vienmēr ir skaidras, kā arī tā koncentrācija vietas apgabalā, kas izvēlēta par mērķi. Tā rezultātā ne visi eksperimenti šajā jomā sniedz nepārprotamus rezultātus.
Patiesu izpratni par procesiem, kas notiek atmiņā, var iegūt, veicot darbu atsevišķu sinapsu līmenī, taču tas prasa mērķtiecīgu blokatora piegādi, kas nonāk saskarē starp neironiem. Mūsdienās tas nav iespējams, taču, tā kā ar šādu uzdevumu saskaras zinātne, agrāk vai vēlāk parādīsies rīki tā risināšanai. Īpašas cerības tiek liktas uz optoģenētiku. Ir noteikts, ka šūnu, kurā ar ģenētiskās inženierijas metodēm ir iebūvēta spēja sintezēt gaismas jutīgu olbaltumvielu, var kontrolēt, izmantojot lāzera staru. Un, ja šādas manipulācijas dzīvo organismu līmenī vēl nav veiktas, kaut kas līdzīgs jau tiek veikts, pamatojoties uz audzētām šūnu kultūrām, un rezultāti ir ļoti iespaidīgi.
Autors - bioloģijas zinātņu doktors, Krievijas Zinātņu akadēmijas korespondētājloceklis, profesors, IVNDiNF RAS direktors