Нейробіологічні механізми пам'яті

11.06.2001. "Експерт" №22 (282) Джерело www.galactic.org.ua

Нейробіологи, досліджують механізми функціонування пам'яті на молекулярному рівні, часто називають мозок "рожевим ящиком" (за аналогією з "чорним ящиком" - поняттям, використовуваним в кібернетиці при вивченні об'єкта з невідомої внутрішньою структурою), визнаючи тим самим, що робота цього найважливішого органу продовжує в значній мірі залишатися для них загадкою. На боротьбу з таємницями мозку кинуті величезні інтелектуальні та фінансові ресурси. Наприклад, Американське суспільство нейробіологів є сьогодні найбільшим за чисельністю науковим товариством у світі: його з'їзди збирають до 15 тис. вчених мужів. Серйозну моральну підтримку дослідникам зробило в кінці минулого століття і уряд Сполучених Штатів, яка офіційно проголосила 90-ті роки "десятиріччям мозку". Сьогодні вже можна підвести попередні підсумки цього безпрецедентного в історії науки "мозкового штурму".

Публікації про успіхи нейрофізіологів і біохіміків в пізнанні діяльності мозку та механізмів пам'яті в останні роки із завидною періодичністю прикрашають науково-популярні рубрики світових ЗМІ. "Мозковий десятиліття" 90-х завершився на мажорній ноті - за дослідження механізмів повільної синаптичної передачі нервових імпульсів від нейрона до нейрона Нобелівська премія 2000 року з фізіології і медицини була присуджена американцям Підлозі Грингарду і Еріку Кенделу і шведу Арвіду Карлссону (див. примітку вище). Їм вдалося остаточно підтвердити, що пам'ять більшості живих істот працює завдяки дії так званих нейромедіаторів, особливих речовин, зміна концентрації яких в місцях з'єднання нейронів один з одним призводить до утворення несе інформацію імпульсу. На відміну від наступаючих за мілісекунди ефектів класичних нейромедіаторів дію досліджувалися вченими дофаміну, норадреналіну та серотоніну розвивається за сотні мілісекунд, секунди і навіть години. Саме цим і обумовлено тривалий, модулюючий вплив цих нейромедіаторів на функції нервових клітин (дані речовини часто залучені не в передачу швидких сигналів для руху або мови, а в "оркестровку" складних станів нервової системи - спогадів, емоцій, настроїв).

Слід також згадати про новий клас речовин, синтезованих в першій половині 90-х років калифорнийцами Гаррі Лінчем і Гаррі Роджерсом: ці речовини, названі авторами ампакинами, полегшують освіта все тих же синаптичних зв'язків, за допомогою яких відбувається передача нервових імпульсів між нейронами. На їх основі компанія Cortex Pharmaceuticals ще в 1994 році створила ліки ампалекс, призначене для боротьби з хворобою Альцгеймера, одним з основних симптомів якої є прогресуюча втрата пам'яті. Попередні випробування в Європі показали, що дві третини приймали нове ліки літніх людей при проходженні тестів, які перевіряють роботу пам'яті, збільшили свої показники в чотири рази - до рівня, що відповідає характеристикам середньостатистичного громадянина тридцяти п'яти років від роду. В даний час випробування дії ампалекса проводяться і в США.

2000 рік приніс ще один перспективний результат: двом біохімікам з Нью-Йорка, Джеррі Йину і Тіму Таллі, вдалося встановити, що білок під назвою CREB відповідальний за утворення довготривалої пам'яті у дрозофіл (оскільки нервові клітини людини і дрозофіли принципово не відрізняються, CREB може грати ключову роль у процесі запам'ятовування не лише в мушином, але і в людському мозку). Дрозофіл навчали, охолоджуючи їх струменями повітря з різними ароматами, причому подача одного з запахів супроводжувалася ударом електричного струму. Виявилося, що мухи з нормальним вмістом CREB навчаються уникати небезпечного запаху за десяток ударів, з низьким вмістом - взагалі не можуть виробити такого навику, а з підвищеним вмістом - вже після першого удару запам'ятовують небезпечний запах назавжди. Американські біохіміки виявили, що CREB запускає процес вироблення нейронами білків, що підсилюють синаптичні зв'язки. Відповідно, виникає можливість створення ефективного ліки для лікування порушень пам'яті. Натхнені цією благородною метою, Йін і Таллі тут же в складчину заснували компанію Helicon Therapeutics.

І нарешті, в середині травня 2001 року з'явилася інформація про чергове перспективному відкриття, зроблене групою вчених під керівництвом Алсино Сілви і Підлоги Фрэнкланда в Інституті дослідження мозку Каліфорнійського університету (UCLA). За словами г-на Фрэнкланда, у результаті експериментів над лабораторними мишами (більш близькими, ніж муха дрозофіла, "родичами" людини) вдалося виявити ще один білок з важковимовною назвою альфа-CaMKII, несе відповідальність за перетворення короткочасної пам'яті в довготривалу в корі головного мозку.

Цікаво, що кількома місяцями раніше д-р Сілва встановив, що в освіті довготривалої пам'яті у мишей важливу роль відіграє і згадуваний вище білок CREB.

Беручи до уваги таку бурхливу новітню історію цієї галузі нейробіологічних досліджень, а також оголошені все тим же лікарем Сілвою плани перейти в подальшому до вивчення інших білків, залучених в процес зберігання інформації в пам'яті", з достатньо високим ступенем вірогідності можна припустити, що незабаром буде виявлена ще як мінімум пара-трійка життєво важливих для пам'яті білків. І це, в свою чергу, неминуче потягне за собою створення їх авторами приблизно такої ж кількості нових венчурних компаній.

Постулат про те, що вищі розумові функції людини (включаючи пам'ять) здійснюються в корі головного мозку, порівняно невеликому освіту товщиною близько третини сантиметри, сьогодні вважається більш ніж очевидним. Мабуть, найпереконливіше свідчення його справедливості - досліди канадського нейрофізіолога та нейрохірурга Вайлдера Пенфилда, проведені в 50-х роках в Монреалі. В ході досліджень з виявлення вогнища епілепсії він оголював поверхню мозку хворих (інакше кажучи, трепанировал їх черепа) і дратував певні ділянки кори півкулі мозку пацієнта з допомогою електродів. Хворі при цьому перебували у свідомості, під місцевим наркозом, і могли описувати свої відчуття. Як виявилося, при подразненні тих чи інших ділянок кори пацієнти переживали яскраві спогади різних моментів свого минулого.

Людська пам'ять буває двох видів - короткочасна і довготривала. Короткочасна пам'ять характеризується малим обсягом і невеликим (близько 30 секунд) часом зберігання, причому головну роль в утворенні короткочасної пам'яті відіграють лобові частки головного мозку. У довготривалій пам'яті і обсяг, і час зберігання інформації практично не обмежені. Як коморах цього виду пам'яті виступають вже скроневі відділи кори. Втім, виділити ділянки кори, де зберігається пам'ять про тих чи інших специфічних події, нікому поки так і не вдалося. В якості можливого пояснення цих безуспішних спроб вченими було зроблено припущення, що записи про те чи іншому конкретному подію дублюються у різних ділянках кори. Побічно це підтверджують експерименти американця Карл Лешлі, проведені на початку 60-х років: спочатку він навчав щурів проходити через лабіринт, а потім по черзі видаляв різні частини їхнього мозку. Як виявилося, незалежно від того, яка частина віддалялася, пацюки завжди зберігали здатність орієнтуватися в лабіринті (перевіряти їх реакцію на повне видалення мозку допитливий дослідник не став).

Важливу роль у функціонуванні пам'яті грають підкіркові утворення. У першу чергу це стосується парної звивини, розташованої в підставі скроневої частки і щільно упакованої нервовими клітинами, - гіпокампу (у перекладі з латині -"морський коник", що відображає її віддалене подібність з вигнутим хвостом цієї риби). Гіпокамп служить своєрідним "ситом", який відсіює інформаційну лушпиння і пропускає дійсно важливу інформацію з короткочасної пам'яті в довготривалу.

Найбільш рельєфно роль гіпокампа відбивається у поведінці хворих, у яких з тих чи інших причин ця звивина виходила з ладу. Більшість таких спостережень було зроблено в 50-60-ті роки, а самим хрестоматійним хворим став якийсь канадець, відомий у науковій літературі під ініціалами Х. М. (на результатах дослідження його пам'яті зробив собі кар'єру чимала кількість північноамериканських нейропсихологів). Його становище стало наслідком запланованої операції, проведеної тими ж ескулапами, які потім нічтоже сумняшеся і почали його вивчати: "лікування" страждав епілепсією бідолахи полягало у видаленні значних ділянок мозку включаючи передні дві третини гіпокампу.

Іншим експериментальним підмогою були жертви нещасних випадків (так, один з них отримав удар рапірою, яка проникла в мозок через ніздрю). Особистісних змін у таких хворих не спостерігалося, їх інтелект не зменшувався, а реакція на зовнішні події була цілком нормальною. Зберігалася пам'ять про події, що передували моменту операції, нормально функціонувала і короткочасна пам'ять. Однак здатність переводити нову інформацію з короткочасної пам'яті в довготривалу з втратою гіпокампу повністю зникала. Знайомитися з такою людиною доводилося при кожній новій зустрічі: досить було хвилинного інтервалу, і відомості про новому знайомому геть випаровувалися у нього з голови. Не могли хворі з пошкодженим гиппокампом і дивитися фільми по телевізору: під час рекламних пауз вони забували сюжетну лінію.