Мозг. Как он устроен и что с ним делать - Илья Мартынов

Объем кратковременной памяти сильно ограничен: у человека это менее 10 элементов. Если воздействие не повторяется, то информация о нем сохраняется в памяти всего несколько минут. Вот почему мы вспоминали в главе про внимание формулу «5 ± 2».

Если прикосновение к сифону сопровождать ударом по хвосту много раз подряд, протеинкиназы А становится очень много. Ее молекулы проникают через поры (они используются для транспорта РНК) в ядро сенсорного нейрона. В ядре активируется особый белок – транскрипционный фактор CREB. Этот белок умеет включать гены и содействовать считыванию информации с молекулы ДНК. Запускается ряд генов, которые заставляют синапс разрастаться (увеличивать свою площадь). Это показано пунктиром на схеме.

В некоторых случаях у окончания сенсорного нейрона появляются дополнительные отростки. Таким образом происходит архитектурная перестройка клетки. С этого момента даже легкое прикосновение к сифону (совсем слабое возбуждение сенсорного нейрона) сразу приводит к выбросу чернил (ответу моторного нейрона). Это и есть долговременная память.

На рис. 51 показано, как происходит перестройка синапсов во время обучения. Как мы видим, возможны и другие механизмы, например укорочение шейки шипика (синапса). Сопротивление падает, и сигнал проходит быстрее. Соответственно, сокращается и время реакции. И мы быстрее вспоминаем.

Иными словами, кратковременная память связана с образованием молекул и временными функциональными изменениями в окончаниях нейронов. А вот долговременная память возникает только в тех ситуациях, когда произошли структурные изменения в контактах между клетками. Вот почему так важно повторение ранее изученного материала. Только оно позволяет сначала накапливать много протеинкиназы А, а затем вызывать архитектурные изменения в контактах клеток. Как говорится в первой части всем известной пословицы, повторение – мать учения.

Для понимания принципиальных отличий кратковременной и долгосрочной памяти подходит следующее сравнение.

Представьте строящуюся кирпичную стену. Мы заливаем бетонирующий раствор между кирпичами. И первое время стена вроде есть, но мы легко можем ее разрушить. Потому что раствор еще жидкий. Это работа временного усиления силы синапса. А вот со временем, скажем через несколько дней, бетонирующий раствор застывает и мы получаем прочную структуру, гораздо более устойчивую к внешним воздействиям. Это уже работа белков, обеспечивающих долговременную память. Они поменяли архитектуру связей.

Рис. 51. Механизмы запоминания и повышения эффективности синапса

Вдумайтесь, Кэндел показал, что для запоминания информации достаточно всего трех нейронов!

Это просто феноменально. А теперь самое важное. Существует ряд белков, категорически необходимых для обеспечения механизмов научения и памяти.

Это белки BDNF, DC0, Leo и CaMKII и другие. Гены, управляющие синтезом этих белков, имеют такие же названия. К примеру, ген BDNF является трофическим фактором роста. О факторах роста я уже упоминал. Белки, синтезируемые под контролем этого гена, обеспечивают нормальный рост нервных окончаний. И, к сожалению или к счастью, у этого гена есть разные формы. Так, встречаются формы, повышающие риск развития болезни Альцгеймера, но встречаются и варианты, которые, наоборот, позволяют мозгу эффективно строить новые контакты. Можно сдать генетический тест и определить вашу форму гена BDNF.

Понимаете, к чему идет разговор? Кардинально поменять память можно, только если генетически модифицировать нервную систему. Но кто готов рискнуть?

Нет, это, конечно, не значит, что, если у человека определенная форма этого гена (или каких-то других), он обязательно будет иметь проблемы с памятью и обучением. Что гены могут вести себя по-разному в разных организмах, мы уже узнали на примере экспериментов с мышами, которые жили в одинаковых условиях. Но все-таки согласитесь: человек с двумя здоровыми ногами имеет ряд преимуществ перед индивидом, родившимся с одной ногой.

Тем не менее есть несколько исследований, где показано, что систематические физические упражнения (не менее 30 минут в день) существенно повышают уровень BDNF в крови. Значительную часть молекул BDNF потребляет мозг. В скелетной мускулатуре BDNF способствует окислению жиров, а также, по некоторым данным, регенерации клеток.

Результаты нескольких современных исследований свидетельствуют о том, что стресс может снижать уровень BDNF. Если эти данные подтвердятся и в других работах, вероятно, физическую нагрузку и снижение уровня стресса можно будет причислить к способам улучшения памяти и оптимизации обучения.

Как вы понимаете, это не сделает из людей Эйнштейнов, но сердечно-сосудистой системе большинства из них не повредит точно.

А теперь несколько слов о ключевых структурах, обеспечивающих нашу память.

И все-таки где же она – матушка-память?

Как мы уже выяснили, обнаружить какой-то одной области, отвечающей за память, не получается. Исходя из того, что удалось выяснить Эрику Кэнделу, контакты между клетками преобразуются в зависимости от получаемой информации. Более того, они даже способны фиксировать изменения надолго. Хранить память в связях – фундаментальное свойство практически всех нервных клеток мозга. Память как бы размазана по мозгу. Она может развиваться и как динамическая функция (во времени), и как сложная система структурных образований. Как вы понимаете, говоря о том или ином типе запоминаемой информации, я имею в виду ряд распределенных по мозгу сетей. Основываясь на данной концепции, нейрофизиологи сформулировали идею регуляторных механизмов.

Условно система регуляции памяти состоит из двух блоков: неспецифического (общемозговой) и модально-специфического (региональный).

К модально-специфическому относят структуры новой коры (кроме лобных долей). Модальность означает тип чувствительности (слуховой, зрительный, осязательный). Как мы знаем, в коре есть зоны, ответственные за восприятие стимулов разных модальностей. Этот блок регуляции обеспечивает работу с разными типами сенсорной информации. Известно, что различные типы информации – музыкальные мелодии, зрительные образы, лица – хранятся в различных частях коры больших полушарий.

К неспецифическому блоку регуляции относят ретикулярную формацию (на уровне среднего мозга), гипоталамус, ассоциативный таламус, гиппокамп и кору лобных долей. Мы видим, что в состав неспецифического блока входит ряд структур лимбической (эмоциональной) системы. Поэтому многие эмоционально окрашенные события нам запоминать значительно легче. Амигдала также вносит вклад в формирование эмоционального отпечатка воспоминания.

Амигдала особенно активна в ситуациях, когда воспоминание связано с событием, вызывающим страх. Оно надолго остается в долговременной памяти. Исследователь Доуве Драайсма обнаружил, что более 80 % наших первых воспоминаний так или иначе связаны с отрицательными эмоциями. Только вдумайтесь в эту цифру! Неудивительно, ведь для выживания важнее помнить о потенциально опасных, пугающих ситуациях, нежели о приятных моментах.