Греченко Т. Н. Психофизиология для начинающих москва 2013
|
Скачать 1.99 Mb.
|
Теория состояний энграммы. Основные положения концепции активной памяти заключаются в следующем: память выступает как единое свойство, поэтому нет деления ее на кратковременную и долговременную. Динамика обучения отражает и динамику фиксации памяти. Память существует в активной форме, готовой к реализации в данный момент времени, и пассивной - не готовой к непосредственному воспроизведению. Активная память - совокупность активных энграмм. О состоянии энграммы можно судить только по результатам воспроизведения. Активная энграмма существует на уровне электрической активности нейронов: доказательством являются опыты по ретроградной амнезии - страдает след памяти только что сформированный или реактивированный и потому имеющий электрофизиологический эвивалент. Воспроизведение энграммы может блокироваться применением амнестического агента (причиной блокады может быть, например, нарушение электрической активности определенных нейронов). В этом причина ретроградной амнезии. Ретроградная амнезия возникает только для энграмм, находящихся в активном состоянии в момент применения амнестического агента. Организация активной памяти. Вся память рассматривается как постоянная долговременная. Долговременная память организована в систему, в которой вновь приобретенный опыт занимает определенное место. Память усиливается и дополняется в течение всей жизни. Если новая энграмма вошла в систему памяти, то для ее актуализации достаточно не только ее непосредственной активации, но и активации через “подсказку”. Память проявляется в возможности модифицировать поведение в зависимости от прошлого и настоящего опыта. Всякий раз повторно активированная энграмма отличается от нее самой, воспроизведенной на другом отрезке времени в прошлом. Некоторая часть долговременной памяти становится активной в требуемый ситуацией момент времени. Другая ее часть находится в латентном или неактивном состоянии и потому является недоступной для реализации. В зависимости от условий формирования энграммы новые следы памяти могут поступать в активном или неактивном состоянии. Активная энграмма - след памяти, находящийся в состоянии, готовом для реализации на уровне поведения и существующий на уровне электрической активности определенных нервных элементов. Часть энграмм в требуемые ситуацией моменты времени реактивируется и переходит в активное состояние, доступное для актуализации. Реактивация может происходить как спонтанно, так и под влиянием различных внутренних и внешних факторов. Концепция состояний памяти свободна от условного деления на кратковременную и долговременную и потому может объяснять феномены, которые остаются непонятными с точки зрения временного подхода к организации памяти. То, что принято называть кратковременной памятью, является активной частью памяти, в которой в определенных ситуациях доминирует вновь приобретенный опыт. Поэтому законы, найденные исследователями для кратковременной памяти, остаются справедливыми, так как они характеризуют вновь приобретенную часть активной памяти. Уровни существования энграммы. Энграмма, имея в своей основе определенный “молекулярный субстрат”, актуализируется только при переводе молекулярного кода на уровень электрической активности. Многие факты доказывают возможность функционального разделения этих двух способов существования энграммы: амнестический электрошок, не затрагивая молекулярной базы следа памяти, временно блокирует его воспроизведение, нарушая перевод молекулярного носителя на уровень электрической активности. Опыты по транспорту памяти показывают, что молекулярная составляющая энграммы может передаваться от донора к реципиенту. Например, в экспериментах А.Хандлера и Р.Конопки (1979) производилась пересадка мозга от дрозофилы, имеющей правильный циркадный ритм, “аритмичному” мутанту. Было показано, что при исключении роли прорастания проводящих путей, ранее “аритмичная” особь превращалась в дрозофилу с правильно организованной локомоторной активностью, уровень которой определялся изменениями уровня освещенности. Предполагается, что носителем памяти в данном случае могли быть только специфические молекулярные соединения, воздействовавшие на двигательные элементы, которые трансформировали пришедшее воздействие на уровень электрической активности. В результате происходило увеличение или уменьшение локомоций. Выделение пептидов, индуцированных обучением. Какова химическая природа активных веществ, синтезирующихся в мозге в процессе обучения? Г.Унгар, основываясь на опытах по передаче толерантности к морфину, предположил, что молекулярным носителем памяти являются белки, а именно олигопептиды. Впервые идентифицированный, расшифрованный и синтезированный пептид был назван скотофобином. Другие два пептида были выделены из мозга золотых рыбок, обученных различению цветов. Эти пептиды были названы хромодиопсинами. В дальнейшем был идентифицирован, расшифрован, синтезирован и испытан в опытах пептид, кодирующий привыкание к звуковому стимулу. Он получил название амелетин. Изучение нейрохимической природы энграммы привело к открытию феномена “транспорта памяти”. Он заключается в том, что экстракт мозга обученных животных, введенный необученным, приводит к ускорению обучения тому навыку, которому были обучены животные-доноры. Такие опыты проводятся на животных разного уровня развития – на крысах, мышах, гидрах, собаках, моллюсках, червях-планариях. Развитие исследований механизмов условных рефлексов и памяти на высших беспозвоночных животных с относительно простой ЦНС и бесспорные успехи в этой области привели ученых к идее использования моллюсков в опытах по транспорту памяти. Животные с простой нервной системой представляют исключительные возможности в отношении проведения биохимических исследований на уровне отдельных нервных клеток. Непосредственная аппликация передающего вещества на клеточную мембрану или внутрь клетки, ответственной за выработку ассоциативного обучения позволит при использовании соответствующих меток выявить пути включения фактора и изучить механизмы его участия в процессах памяти. Эти эксперименты показывают, что пептиды как агенты, несущие информацию, принимают участие во многих регуляторных процессах от клеточного до системного уровней также в поведенческих и физиологических явлениях. Распределенность энграммы. Опыты с локальными раздражениями мозга показали, что развитие ретроградной амнезии при стимуляции определенной структуры зависит от интервала времени, прошедшего от момента завершения обучения до применения амнестического агента. Разные участки мозга эффективны для нарушения памяти через разное время. Обнаружено перемещение таких критических точек по структурам мозга и по ядрам одной структуры. Возникает предположение о том, что след памяти через разное время реализуется разными нейронами. ”Плавание” энграммы по структурам мозга отражает принцип организации памяти. Распределенность энграммы по структурам мозга. Исследования, выполненные с использованием электрошоков, вызывающих развитие электрической судорожной активности, показывают сложную динамику перемещений активной энграммы по структурам мозга. Для понимания механизмов формирования следа памяти большое значение имеет локальное электрическое раздражение определенных структур мозга, которое позволяет получить модуляцию памяти при низких интенсивностях электрического раздражения. Действие таких токов затрагивает только активность нейронов, расположенных в непосредственной близости от стимулирующих электродов. Такой метод наиболее перспективен для получения знаний о нейроанатомической локализации энграммы. Американские психологи Дж.Мак-Го и П.Голд (1976) показали, что эффективность электрического раздражения, применяемого в одну и ту же мозговую структуру, изменяется в зависимости от интервала времени, прошедшего после обучения. Через разное время после обучения критичной для нарушения памяти становится стимуляция разных структур мозга. Было выдвинуто предположение о существовании нейронных систем, обеспечивающих кратковременную и долговременную память. Для идентификации таких нейронных систем были использованы локальные раздражения разных структур головного мозга: ретикулярной формации среднего мозга, гиппокампа, миндалины. Стимуляция токами малой силы гиппокампа, миндалины, срединного центра у кошек или хвостатого ядра у крыс прерывает долговременную память для задач пассивного избегания. Раздражение ретикулярной формации связано с кратковременной памятью, хвостатого ядра - с кратковременной и долговременной, миндалины и гиппокампа - с долговременной. Кратковременная и долговременная память развивается параллельно и обеспечивается разными нейронными системами. Интересно, что некоторые исследователи относят энграмму в одно и то же время и к кратковременному, и к долговременному хранению. В опытах с экстирпациями различных участков мозга было показано участие разных областей в кратковременной памяти. Физиолог Е.Мордвинов (1982) заметил, что, хотя наиболее отчетливые и стойкие нарушения поведения животных были связаны с разрушением префронтального неокортекса, тем не менее эффективными оказались и повреждения таких структур как хвостатое ядро и другие базальные ядра, гиппокамп, септум, ядра таламуса, височная кора, ретикулярная формация среднего мозга. Удаляя определенные участки мозга, исследователи пытались понять, как именно они связаны с процессами обучения и памяти. Результаты известны - даже при экстирпации значительных участков мозга обучение происходило, а память нарушалась относительно мало. Именно поэтому К.Лешли (1933) пришел к выводу о том, что “памяти нигде нет, но в то же время она всюду”. Более тонкие экстирпации, выполняемые в лабораторных условиях на животных и в клинике на мозге человека, дали много фактов о том, что удаление определенных областей мозга специфически влияет как на состояние старых энграмм, так и на способности к приобретению новых. Можно представить, что след памяти распределен по разным нейронам, находящимся в различных структурах, и его невозможно полностью “изъять”. Например, в исследовании У.Пенфилда и А.Перо (1969) отмечено, что удаление области коры, при стимуляции которой у людей развивались определенные воспоминания, не отражается на возможности вызывать те же самые воспоминания раздражением другого пункта коры. Распределенность энграммы по множеству элементов мозга Является ли феномен неассоциативного и ассоциативного обучения нейронов позвоночных и беспозвоночных животных уникальным, свойственным только определенным нервным клеткам и реализующимся только в исключительных условиях? Как показывают факты, приведенные в предыдущих разделах, многие нейроны беспозвоночных животных и многие нейроны разных структур мозга позвоночных животных демонстрируют явления ассоциативного обучения в той или иной форме - в виде истинного условного ответа или в виде неспецифического псевдообуславливания. Из анализа литературных данных следует, что обучаемость нейронов, которую исследуют при помощи методов регистрации суммарной активности, методом экстраклеточной и внутриклеточной регистрации - типичное событие в ЦНС позвоночных и беспозвоночных. За исключением мозжечка стимуляция любого пункта мозга может применяться в качестве условного раздражения. Это было показано в опытах на цыплятах, кошках, крысах, кроликах, морских свинках, собаках, макаках. Это означает, что независимо от того, находится подвергающийся стимуляции элемент в неокортексе, базальном ганглии, таламусе, гипоталамусе, гиппокампе, мезенцефалоне доступ к другим стимулируемым структурам мозга открыт. Предполагается, что субстратом для условных стимулов могут быть наиболее возбудимые элементы мозга, но так как нет данных о различиях возбудимости различных областей мозга, а составляющих их элементах тем более, то можно считать, что эффективные для УС элементы могут быть во всех областях мозга. При обсуждении вопроса о природе генерализации и дифференцировок при использовании в качестве условных и безусловных стимулов электрической стимуляции разных точек мозга, многие исследователи обращают внимание на тот факт, что животные способны отвечать по-разному на стимуляцию пунктов, расположенных в хвостатом ядре при расстоянии между стимулируемыми пунктами менее 1 мм. Такие же данные были получены и в экспериментах на 17 поле зрительной коры макаки. Предъявление любых двух электрических раздражений , локализованных в разных, а иногда и в одной зоне мозга, приводило к ассоциативному обучению. Результаты таких работ заставляют думать о действии универсального биологического механизма, который объединяет два события, попадающих в допустимый интервал времени. И в экспериментах, выполненных на клеточном уровне, демонстрируется возможность обучения многих нейронов при сочетании практически любых стимулов. В опытах на нейронах имеется тенденция к прямой адресации применяемых стимулов к исследуемому нейрону. Это связано с попытками подойти к проблеме локализации энграммы. Такие опыты помогают понять сущность процесса следообразования. В модельных экспериментах распространено применение микроионофоретической аппликации медиатора вместо одного из действующих стимулов. Еще большее приближение воздействующих стимулов к исследуемому нейрону достигнуто при использовании в качестве УС поляризации коры одиночным монополярным импульсом тока, а в качестве БС - микрофореза АХ. Сравнительный анализ активности нейронов сенсомоторной коры при локальных и системных стимулах показал значительное сходство динамики развития процессов ассоциативного обучения. Доля нейронов с пластическими перестройками при системном воздействии и при локальных стимулах сильно отличается - при использовании естественных стимулов процент обучающихся нейронов значительно меньше. По-видимому, этот факт показывает, что прямая адресация УС и БС к исследуемому нейрону уже является достаточной предпосылкой для ассоциативной связи между действующими стимулами. В случае системного воздействия стимулы не всегда конвергируют на исследуемый нейрон, что значительно снижает уровень обучаемости нейронов. Опыты, в которых применяли такую же ситуацию, как в экспериментах на изолированных нейронах, оказались успешными - они почти всегда приводили к формированию ассоциативной связи, независимо от того, использовались ассоциации двух медиаторов или медиатора и анодной поляризации. Причем, интересным кажется факт, что с увеличением степени локализации повышается процент обучаемости клеток. Предположение об определяющей роли постсинаптических изменений в обучении подтверждается результатами некоторых работ, выполненных методами исследований ультраструктуры пре- и постсинаптических компонентов аксо-дендритных синапсов 5 слоя сенсомоторной коры. Обнаружено, что число постсинаптических уплотнений довтоверно возрастает после проведения сочетаний микроионофоретических аппликаций глютомата с норадреналином. Такие уплотнения храктерны только для ассоциативных применений медиаторв, при изолированных презентациях медиатора такие уплотнения не образуются. Авторы рассматривают эти результаты как доказательство участия постсинаптических образований в ассоциативном обучении нейрона. Все показатели, используемые при регистрации электрической активности нейронов, естественно, опираются на электрофизиологические характеристики изменений нейронной активности. Тенденция рассматривать электрофизиологический эквивалент обучения как конечный результат, который формируется на основе некоторых эндонейрональных процессов, намечено в работах многих исследователей. Предполагается, что для длительного сохранения энграммы достаточно устойчивого повышения проводимости синапсов, активированных в процессе обучения. Основываясь на интегративных функциях нейрона и рассматривая электрофизиологическую активность как результат конечной интеграции многих внутринейронных процессов, на связи между регуляцией электрической активностью и генетическим аппаратом клетки, можно предположить, а на основе имеющихся данных утверждать, что ведущую роль в обучении играют перестройки постсинаптических участков мембраны, участков электровозбудимой мембраны и локусов пейсмекерной активности. Опыты показывают, что ассоциативное обучение развивается у нейронов всех исследованных структур мозга. В проведенных на изолированных клетках опытах, оказалось, что обучается практически любая выделенная клетка. Кроме того, эффект ассоциативного обучения зависит от локализации стимулов, от параметров стимуляции. Необходимо вспомнить о том, что ассоциативное обучение не единственно возможная форма. Например, привыкание, которое было подвергнуто пристальному изучению как в опытах на позвоночных животных, так и на человеке, на полуинтактных препаратах беспозвоночных животных, наконец, на изолированных нейронах, демонстрируется также на нейронах самых разных структур мозга, самых разных ганглиев беспозвоночных животных на разных ступенях эволюции. Изучение механизмов привыкания и локализации его энграммы прошло такой же сложный путь, как и ассоциативное обучение. Реорганизация нейронной цепи. После обучения при актуализации энграммы через разные интервалы времени после завершения предъявления УС-БС нейронные цепи, осуществляющие реализацию энграммы изменяются. Одни доказательства получены в опытах при измерении ЛП условных ответов у нейронов разных структур мозга, другие - при сопоставлении скорости выработки условного ответа нейронами разных структур и длительности их сохранения. По мере упрочения двигательного условного ответа на время, вырабатываемого у кроликов в процессе сочетания звуковых стимулов с электрокожными раздражениями, определенные структуры мозга включаются в процесс реализации энграммы с определенной последовательностью. Максимальная выраженность клеточных реакций на УС может совпадать с проявлением стабильных двигательных реакций, либо опережать их появление. Эти результаты подтверждают наше предположение о временной распределенности энграммы по нейронам разных отделов мозга. Как показали исследования Н.Ю.Беленкова (1980), Е.Ф.Мордвинова (1982) включение активности отдельных структур мозга в условно-рефлекторную деятельность и выключение из нее является динамичным, подчиняется никому неизвестным законам. Таким “организующим законом” является принцип распределенности энграммы по параметру достижения максимальной активности. Доказательствами функциональной перестройки нейронной цепи, опосредующей актуализацию энграммы в определенные моменты времени, являются также результаты опытов Р.Кезнера и Х.Коннера (1974), М.Вильбурна и Р.Кезнера (1972), Х.Коннера и М.Вильбурна (1974), в которых показана взаимосвязь различных структур мозга с возможностью нарушения памяти при локальных стимуляциях через разное время после обучения. Угашение условных ответов и реорганизация нейронной цепи. Еще одним фактом, на который можно опираться при доказательстве изменения состава нейронной цепи, опосредующей актуализацию энграммы в определенное время после обучения, являются результаты о разной скорости угашения условной реакции на нейронах разных структур мозга позвоночных и на разных нейронах беспозвоночных. Как известно из классических работ по условным рефлексам, при продолжающемся действии условных стимулов, неподкрепляемых действием БС, происходит постепенное угашение условной реакции. При этом показано, что чем больше упрочен условный ответ, тем больше нужно неподкрепленных УС. Описаны различия в скорости угашения условных реакций для нейронов разных структур мозга. Развитие угашения (инактивации следа памяти) имеет двойной смысл - с одной стороны скорость развития угашения различна на разных нейронах. Это означает, что после того, как энграмма перейдет в инактивированное состояние на одних нейронах, она будет оставаться активной на других и, следовательно, воспроизведение будет осуществляться на основе новой цепи элементов, включающей нейроны с активно существующим следом памяти. С другой стороны, угашение при неподкреплении является демонстрацией индивидуальных свойств нейронов, как это показывают опыты на изолированных клетках. Факт реорганизации нейронных цепей, реализующих воспроизведение энграммы, находящейся в активном состоянии, подтверждается следующими данными: разной скоростью обучения нейронов разных структур, изменениями латентных периодов на действие условного стимула до проведения обучения и после его завершения, разной скоростью угашения условного ответа при неподкреплении на нейронах разных структур, отсутствием влияния на воспроизведение со стороны участков мозга, подвергшихся действию амнестического ЭШ, но не связанных с актуализацией энграммы в данный момент времени. Представление о том, что след памяти не имеет определенной локализации, а считывается с нейронов разных структур мозга в зависимости от обстоятельств подтверждено экспериментами. Факты, полученные в опытах, указывают на принцип распределенности энграммы как на основу организации памяти. Этот принцип предполагает нестабильность самой системы во времени. Нестабильность определяется текущими изменениями функциональной значимости образующих систему мозговых структур в ходе реализации энграммы. Топография функциональной части системы, обеспечивающей воспроизведение, меняется от момента к моменту. Можно предполагать, что эти изменения связаны с достижением максимума актуализации энграммами других элементов, расположенных в других структурах. Постоянная смена активностей следа памяти на разных элементах системы является причиной постоянного “блуждания” активных мнестических центов(Флекснер и др.,1968). Доказательствами функциональной перестройки нейронной цепи, опосредующей актуализацию энграммы в определенные моменты времени, являются также результаты опытов, в которых показана взаимосвязь различных структур мозга с возможностью нарушения памяти при локальных стимуляциях через разное время после обучения. Нейрофизиологические механизмы распределенности энграммы. В опытах на изолированных нейронах виноградной улитки обнаружены клетки, у которых формирование следа памяти происходит во время ассоциативного обучения, так что после определенного числа сочетаний условного и безусловного стимула формируется энграмма, достигающая уровня актуализации по электрофизиологическим показателям. На других нейронах было найдено отсроченное достижение оптимального уровня выраженности по электрофизиологическим показателям (см. раздел Нейрофизиология) . Это происходит через различное время после обучения на разных нейронах и, по-видимому, является их биологическим свойством, которое определяется особенностями данного нейрона. Весьма похожие результаты о динамике достижения максимального воспроизведения следа памяти получены в опытах на полуинтактных препаратах. Если проанализировать, как изменяется время достижения максимальной воспроизводимости следа памяти на разных нейронах, “обученных” в одной и той же ситуации, при выполнении нескольких серий обуславливания, то вскроется удивительный факт: клетки, показывающие максимальное воспроизведение сразу после обучения, будут сохранять энграмму в активном состоянии в течение все большего времени. Клетки, достигающие наивысшего состояния активности следа через некоторое время после завершения обучения, с каждой следующей серией будут отодвигать пик активности все дальше, а след будет оставаться активным в течение все более длительного времени. Таким способом продлевается активная “жизнь” следа памяти на популяции нервных клеток, участвовавших в обучении. Когда след инактивируется на одной группе клеток, как раз в это время он достигает максимальной воспроизводимости на другой - и так до тех пор, пока не исчерпается временной резерв данного нейронного ансамбля. Энграмма становится неактивной, переходит в латентное состояние и ждет “напоминания”, которое при помощи неизвестных пока механизмов выведет ее на уровень актуализации. Процедурная и декларативная память. В последние годы стала приобретать большое значение информация о разных формах памяти. Помимо кратковременной и долговременной памяти, у человека существует еще по меньшей мере две разных системы для усвоения и запоминания информации. Опыты на нормальных испытуемых, выполненные с использованием регистрации вызванных потенциалов, а также опыты на животных с различными повреждениями мозговых структур подтверждают существование биологических основ для множественных систем памяти. Выбор системы памяти зависит от особенностей сведений, которые нужно запомнить. Для запоминания большей части ситуаций вовлекается несколько систем памяти. Они имеют разные оперативные характеристики, участвуют в приобретении знаний разного рода и осуществляются разными мозговыми структурами. Л.Сквайр (1992) и другие исследователи предположили, что переработка по крайней мере двух видов информации ведется в мозгу раздельно и каждый из этих видов хранится также отдельно. Данные, полученные как на амнезированных пациентах, так и на людях с обычной памятью и на животных, позволили пересмотреть понятие о процедурной и декларативной памяти, а также недекларативной, включающей формирование перцептивных навыков и усвоение нового материала. Процедурная память - это знание того, как нужно действовать. Процедурная память, вероятно, развивается в ходе эволюции раньше, чем декларативная. Привыкание и классическое обуславливание - это примеры приобретения процедурного знания. Процедурная память основана на биохимических и биофизических изменениях, происходящих только в тех нервных сетях, которые непосредственно участвуют в усвоении нового материала. Декларативная память обеспечивает ясный и доступный отчет о прошлом индивидуальном опыте. Память на события и факты включает запоминание слов, лиц и т.д. Декларативная память должна быть привнесена, содержание может быть декларировано. Она зависит от интеграции в мозговых структурах и связей с медиальной височной корой и диэнцефалоном, которые при повреждении становятся причиной амнезии. Декларативная память связана с перестройкой нервных сетей и требует переработки информации в височных долях мозга и таламусе. В медиальных височных отделах важной структурой является гиппокамп (включая собственно гиппокамп и зубчатую извилину, субикулярный комплекс и энторинальную кору) вместе с парагиппокампальной корой. Внутри диэнцефалона важные для декларативной памяти структуры и связи включают медиодорзальные ядра таламуса, передние ядра, маммило-таламический тракт, внутреннюю медуллярную пластинку. Но понятие о декларативной памяти требует различных уточнений и ограничений и поэтому вводится понятие о недекларативной памяти, включающей группу фактов, которые не описываются понятиями декларативной и процедурной памяти. В то время как декларативная память относится к биологически значимым категориям памяти, зависящим от специфических мозговых систем, не декларативная память охватывает несколько видов памяти и зависит от множества мозговых систем. Сейчас ясно, что множественные формы памяти поддерживаются определенными мозговыми структурами и имеют разные характеристики. Биохимические и молекулярные механизмы памяти. Для изучения биохимической основы этапов формирования памяти применяются ингибиторы синтеза протеинов и различные фармакологические вещества, избирательно подавляющие определенные метаболические процессы нервных клеток. Наиболее распространенным методом является введение веществ животным в разное время после обучения. Подведя предварительные итоги, исследователи сделали ряд выводов. 1) кратковременная память не затрагивается ингибиторами синтеза протеинов, а долговременная зависит от процесса, на который влияет данный ингибитор; 2) кривая обучения контрольной группы животных и животных, подвергшихся действию ингибиторов, идентична; 3) cохранение навыка, измеренное через минуты и часы после обучения, остается неизменным после введения ингибитора, хотя длительность сохранения энграммы у животных контрольной группы изменяется в зависимости от условий эксперимента; 4) cохранение навыка, измеряемое в часах и днях, значительно ухудшается после введения ингибитора. В определенных условиях наблюдается спонтанное восстановление навыка, что демонстрирует нестабильность энграммы; 5) в некоторых случаях после введения ингибиторов после обучения развивается ретроградная амнезия, хотя она менее отчетливая по сравнению с аналогичным нарушением памяти при введении ингибитора перед обучением. Возможность ингибиторов вызывать нарушения памяти тем меньше, чем больше времени проходит от момента обучения до момента начала действия ингибитора. Экспрессия генов и память. Биохимические и фармакологические исследования установили универсальную зависимость долговременной памяти от активации генетического аппарата нервных клеток. У высших эукариот изменения транскрипции в ходе развития могут сохраняться на длительное время, вполне сопоставимое с продолжительностью хранения долговременной памяти. Большинство долговременных изменений экспрессии генов в клетках млекопитающих происходит за счет регуляции транскрипции. Представление о том, что кратковременная память не затрагивается действием ингибиторов, распространено среди исследователей. Пока отсутствуют достаточно четкие и экспериментально подтвержденные современные представления о взаимосвязи синтеза белков и обучения. Результаты исследований по этой проблеме чрезвычайно пестры и противоречивы. Также необходимо учесть, что применяемые ингибиторы влияют на синтез белков в оответствии с традиционными путями его синтеза. Сейчас изучаются и нетрадиционные пути, в частности, обсуждается роль внематричного синтеза белков в процессах обучения и памяти (Цитоловский Л.Е.,Краевский А.А.) . В экспериментах Р.И.Салганика и др. (1981), связанных с изучением роли обратной транскрипции в обучении, найдено, что повышение уровня содержания РНК-зависимой ДНК-полимеразы (показателя процесса обратной транскрипции) развивается в гиппокампе быстро обучающихся крыс по время обучения и достигает максимума после его завершения. Эксперименты В.В.Ашапкина и Н.А.Тушмаловой (1982) показали, что при формировании условных ответов у крысы происходит повышение синтеза ДНК в неокортексе. Индукция синтеза ДНК связана с выработкой условного ответа и первыми часами его хранения. Индуцированный обучением синтез ДНК в неокортексе избирательно связан с последовательностями ДНК, повторенными в геноме 10-20 раз. Предполагается, что этот синтез связан с активацией экспрессии генов. Активация транскрипции многих генов происходит в ответ на внешние воздействия, а также во время развития клеточной дифференцировки. В нервных клетках экспрессируются многие из генов, в частности, "непосредственные ранние гены". Непосредственные ранние гены были идентифицированы в культивируемых клетках во время изучения механизмов геномного ответа на действие факторов роста, запускающих процессы клеточного цикла. В ходе этих исследований была обнаружена группа генов, транскрипция которых активизировалась через несколько минут после добавления в культуру клеток факторов роста. Индукция их транскрипции происходила несмотря на подведение ингибиторов синтеза белка. Это означает, что транскрипция запускается механизмами, заранее готовыми для восприятия экстраклеточных стимулов. Характерной чертой данного механизма регуляции транскрипции является его двухфазность - на первой стадии экстраклеточные сигналы запускают активацию ранних генов, а затем кодируемые этими генами транскрипционные факторы изменяют экспрессию поздних генов, вызывая изменения программ деятельности клетки в ходе клеточного цикла и дифференцировки. Однако данный механизм возник в эволюции достаточно давно и не ограничивается лишь регуляцией процессов роста и деления клеток, а играет достаточно универсальную роль в передаче экстраклеточных сигналов от мембраны к геному. В клетках мозга животных при обучении и при изменениях окружающей среды активируются два представителя семейства "ранних" генов- с-fos и с-]un. Экспрессия обоих генов затухает по мере потери новизны воздействия или после выработки и автоматизации нового навыка. К индукции экспрессии не приводят обыденная поведенческая активность животных, привычная среда или стимулы. Поэтому можно предположить, что активация "ранних” генов в нервных клетках во время обучения связана с новизной поведенческих ситуаций для животного и с возникновением у них ориентировочно-исследовательского поведения. Этот механизм, вероятно, имеет универсальное значение, поскольку он активируется в разных ситуациях новизны и у разных видов животных. Анализ связи экспрессии гена с-fos с показателями индивидуального поведения мышей при обучении активному избеганию свидетельствует о том, что активация экспрессии данного гена не зависит от того, успешны или нет попытки животного избавиться от ударов тока. Поэтому можно предполагать, что индукция с-fos при обучении происходит при любых новых поведенческих актах. Обучение вызывает экспрессию в нервной системе тех генов, с которыми прежде связывали функцию регуляции процессов клеточного роста и дифференцировки. Новая гипотеза о роли экспрессии генов в процессах памяти была выдвинута К.В.Анохиным (1997). В отличие от более ранних молекулярных моделей памяти ее основой является двухфазность адаптивного ответа: новизна и рассогласование приводят к активации каскада "ранних" регуляторных генов, кодирующих транскрипционные факторы. В свою очередь продукты этих генов индуцируют экспрессию "поздних" морфорегуляторные генов, выступающих ключевыми участниками последующих процессов морфогенеза. Существенно, что основные компоненты и этапы этого молекулярного каскада оказываются общими для обучения и развития мозга. Электрофизиология и биохимия. Большое внимание обращено на изучение синаптических мембран и их роли в передаче, фиксировании и хранении информации. Мембрана может рассматриваться как двойной модификатор в передаче информации. Во-первых, состояние мембраны определяет чувствительность к стимулу. Во-вторых, перестройка мембраны после получения сигнала определяет силу, специфичность и адекватность ответа. Важная роль мембран в передаче и хранении информации связана с кооперативными структурными переходами в них. Эти переходы могут индуцироваться изменениями в липидах и белках. Не только кратковременная, но и долговременная память связана с изменением структуры липидного бислоя синаптических мембран. И кратковременная, и долговременная память зависят от перехода липидов в одно и то же новое жидкокристаллическое состояние. Современный уровень знаний о синаптической пластичности и эндонейрональных процессах, участвующих в явлениях памяти, достаточно высок. Поэтому накопленные факты позволяют успешно изучать целенаправленное воздействие на синтез протеинов и других специализированных веществ на привыкание, ассоциативное обучение и другие разнообразные формы пластичности нервных клеток. Наиболее интересные результаты получают в опытах по изучению пластичности по показателям электрической активности нейронов и ее изменений под влиянием веществ, избирательно влияющих на метаболические процессы нервных клеток. Есть попытки разделить электрофизиологическую феноменологию по этапам становления следа памяти на основе выявления ее чувствительности к действию ингибиторов синтеза протеинов. Например, в работе Е.Н.Соколова и А.Г.Тер-Маргарян (1984) показано, что применение анизомицина затрагивает только долговременное хранение энграммы привыкания. Выдвигается предположение, что в основе долговременной памяти лежат долговременные изменения хемореактивных свойств мембраны нейронов (Соколова и Тер-Маргарян, 1984, Кендел,1980). Эти результаты поддерживают предположение о том, что хемореактивные мембраны могут обеспечить длительно наблюдаемые пластические перестройки электрической активности нейронов. Согласно результатам этих исследований, привыкание связано с нематричным синтезом РНК и не затрагивается при действии ингибиторов синтеза протеинов. Это позволяет предположить, что определенные свойства электрической активности нейронов имеют в своей основе разные биохимические механизмы. В связи с этим особенно интересными становятся исследования, в которых осуществляется контроль за определенными компонентами клеточного метаболизма. Показано, что для формирования гетеросинаптической фасилитации, развития долговременной потенциации существенное значение имеет уровень ц-АМФ. Большое значение для исследований тонких биохимических механизмов обучения имеют работы по изучению регулирующей роли ионов кальция. Кальций принимает непосредственное участие в формировании определенных пластических реакций нейронов, показана роль ионов кальция в развитии привыкания электровозбудимой мембраны и ассоциативного обучения. Кальций осуществляет взаимосвязь между метаболизмом нейрона и его мембраной, являясь метаболически зависимым компонентом клеточной проводимости. Одним из перспективных подходов для изучения механизма памяти является анализ взаимосвязи электрогенеза и метаболизма белков нейронов в процессе обучения. Наиболее удобным объектом для решения этих проблем являются моллюски: большие размеры нейронов, возможность их идентификации от препарата к препарату, способность животных к выработке условных рефлексов позволяют изучать функционирование конкретных элементов условнорефлекторной сети с дальнейшим их биохимическим анализом. Для выполнения таких исследований исключительные возможности возникают при использовании гигантских нейронов виноградной улитки.В течение ряда лет проводились работы по изучению биохимических механизмов формирования условного оборонительного рефлекса у Неlix pomatia. Синтез белков и обучение. Исследователи - и нейрофизиологи, и биохимики - давно предполагали наличие глубокой взаимосвязи между процессом обучения и синтезом определенных белков. В истории науки этому посвящена целая глава биохимических и физиологических исследований. В настоящее время показано, что при долговременном обучении модифицируются те же синапсы и каналы, что и при краткосрочном, однако для длительного поддержания их в этом состоянии необходим синтез макромолекул. Обнаружено два класса белков, наиболее сильно изменяющихся в процессе обучения. На всех рассмотренных стадиях формирования оборонительного условного рефлекса наиболее интенсивное включение метки наблюдается именно в эти белки. Исследователям удалось установить, что повышенный уровень синтеза белков наблюдается даже спустя 24 часа после обучения на стадии закрепления условной связи. Аппликация этих белков на сому изолированного нейрона вызывает генерацию спайков. Результаты серии работ по онтогенезу, показывающие корреляцию появления белка с формированием механизмов поведенческой и клеточной сенситизации, позволили высказать предположение о ключевой роли найденного белка в формировании оборонительного условного рефлекса. Дальнейшее изучение физико-химических характеристик внутриклеточной локализации и генной экспрессии этих белков будет способствовать выяснению их роли в функционировании метаболического аппарата нервной клетки и пластических перестройках при обучении. Электрофизиологические исследования кратковременной и долговременной памяти. Некоторые исследователи считали, что энграммы, находящиеся в стадии кратковременного и долговременного хранения имеют разное нейрофизиологическое выражение. Предполагается, что память на разных этапах фиксации обеспечивается различающимися пластическими феноменами. Например, многие исследователи, исходя из длительности определенных нейрофизиологических явлений, считают, что гетеросинаптическая фасилитация, посттетаническая потенциация, привыкание и другие пластические явления электрофизиологических процессов, являются нейрофизиологическими коррелятами кратковременной памяти. Но становится очевидным, что внутриклеточная регистрация электрической активности не выявляет специфических эффектов, связанных с долговременным хранением энграмм. Необходимо отметить, что при анализе экспериментальных данных исследователи сталкиваются с проблемой отсутствия объективных критериев для отнесения следа памяти к долговременному или кратковременному хранению. В современной нейронауке накоплен большой материал о развитии обучения разных видов на уровне отдельных нервных клеток. Однако из-за отсутствия глобальной теоретической концепции эти результаты мало используются для анализа структуры памяти на уровне нейрофизиологических явлений. Исключительно перспективным становится привлечение этого громадного экспериментального материала для нейрофизиологического и биохимического уровня анализа следов памяти с позиций состояния энграммы как показателя готовности к воспроизведению. Раскрытие механизмов памяти остается одной из сложнейших проблем современных исследований, решение которой невозможно без комплексных биофизических, биохимических и физиологических исследований функционирования клетки и клеточных ансамблей. В этой главе рассмотрены наиболее разработанные концепции памяти. Ни одна из них не претендует и не может рассматриваться как законченная теория памяти. Самая большая проблема заключается не в том, существует ли память кратковременная или долговременная, занята ее осуществлением одна или несколько систем, доминирует процедурная или декларативная память - а в том, как информация, хранимая в разных системах, интегрируется таким образом, что она может воспроизводиться и оказывать влияние на деятельность, делая ее более гибкой, перестраиваемой в соответствии с ситуацией. При этом не используется ненужная информация, а только та, что созвучна требованиям ситуации. Усилия исследователей сфокусированы на решении проблемы хранения в большей мере по сравнению с воспроизведением по той причине, что нет никаких гипотез о том, как поведенческие ответы используют сохраненные знания. Почти вековые исследования механизмов памяти все же позволили прийти к исключительно важному выводу, который дает возможность взглянуть на содеянное под другим углом зрения: cледы храняться, а память – создается. Мозг сохраняет не память, а следы информации, которые позже используются для создания памяти, не всегда правильно отражающей картины прошлого реального опыта. Чтобы выполнить эту процедуру, разные части мозга взаимодействуют как важные узлы нейронных систем, кодирующих, хранящих и воспроизводящих информацию, используемую для создания памяти. Это не означает, что существуют отдельные нейронные структуры, полностью поддерживающие сохранение каждого вида памяти, но означает, что эта память критически зависит от функционирования этих нейронных структур. Современная точка зрения заключается в том, что нет смысла разговаривать о памяти, связанной с гиппокампом или миндалиной: проблема заключается в том, чтобы понять, как системы взаимодействуют для осуществления памяти. Литература Горкин А.Г. Психофизиология научения, Основы психофизиологии. Инфра-М. 1997. Греченко Т.Н. Нейрофизиологические исследования памяти., Наука,1979. Данилова Н.Н. Психофизиология. Аспект Пресс, Москва, 1998. Кендел Э., Хокинс Р. Биологические основы обучения и индивидуальности. В мире науки. 1992, N11-12, С.43-51. Мордвинов Е.Ф. Электрофизиологический анализ отсроченного поведения. Л., Наука, 1982. Роуз С. Устройство памяти. От молекул к сознанию. М.,Мир,1995. Руководство по физиологии (Механизмы памяти), Л., Наука, 1986. |
Похожие:
 |
Руководство к толкованию и применению законов (для начинающих юристов) Москва, издание Бр. Башмаковых, типо-литография товарищества И. Н. Кушнерев и Ко, 1913 г |
 |
Для начинающих кадастровых инженеров Современные программы повышения квалификации для действующих и начинающих кадастровых инженеров |
|
Forex для начинающих. Вступление Форекс для начинающих Автор не питает иллюзий, что это пособие сможет изменить образ мыслей, способ мышления читателя. Через тексты невозможно изменить... |
|
Рабочая программа дисциплины в. Од. 3 «Психофизиология здоровья» |
|
С. В. Ефремов Системы восприятия человеком окружающей среды и защитные реакции (психофизиология бжд) |
|
Сборник рефератов докладов сотрудников рфяц-внииэф, представленных... Лиз понятия угрозы, исходящей от внутреннего нарушителя, и ее характерных особенностей// 2 Международная школа-семинар «Ядерная энергетика... |
|
Сборник рефератов докладов сотрудников рфяц-внииэф, представленных... Лиз понятия угрозы, исходящей от внутреннего нарушителя, и ее характерных особенностей// 2 Международная школа-семинар «Ядерная энергетика... |
|
Установка и запуск программы Инсталляционный пакет для учреждений, впервые начинающих работать с ас "Поликлиника" |
|
Дифференциальная психофизиология мужчины и женщины В данной книге рассмотрены физиологические, психические и социальные различия мужчин и женщин с учетом многочисленных отечественных... |
|
Екатеринбург Издательство «Феникс» ... |
|
«седация пациентов в отделениях реанимации и интенсивной терапии»... Рабочая группа: Потиевская В. И. (Москва), Гридчик И. Е.(Москва), Грицан А. И.(Красноярск), Еременко А. А. (Москва), Заболотских... |
|
Ru Персональный компьютер, или "Азбука pc" для начинающих http Олимпиады и контрольно-измерительные материалы по информатике и ит олимпиадная информатика |
|
Практическая грамматика японского языка справочное пособие для начинающих Глагольное определение. Придаточные определительные предложения. Использование субстантиватора koto 37 |
|
Б. Б. Баландин Реверанс читателю Книга предназначена для школьников-эрудитов, желающих научиться нестандартно думать, для тех, кому не хватает пищи для ума, а также... |
|
№292-гтп/ (услуги)-12. 2013 «Транспортные услуги» г. Москва 2013 Наименование заказчика, организатора, его почтовый адрес, телефон, адрес электронной почты |
|
№229-гтп/ (услуги)-10. 2013 «Транспортные услуги» г. Москва 2013 Наименование заказчика, организатора, его почтовый адрес, телефон, адрес электронной почты |