Fakir> Библиотека мозга
Оттуда же:
К. В. Анохин с сотрудниками предлагают рассматривать ассоциативную память как линейную и нелинейную. Линейная ассоциативная память — то, что мы со школьной скамьи знаем как павловский условный рефлекс. Когда собака получает пищу и слышит звонок одновременно либо с очень маленьким временным интервалом, два сигнала «встречаются» в одной нервной клетке. Но есть и долговременная память, которая позволяет нам ассоциировать события, разделенные во времени. Это возможно благодаря долговременным изменениям в нейронах. Событие, активировавшее нервную клетку, оставляет в ней след, в каких-то случаях на всю жизнь — изменяется активность генов этого нейрона, изменяется синтез белков. (Формирование линейной ассоциативной памяти от активности генов, как правило, не зависит.) Второе воздействие накладывается на уже измененные свойства нейрона, и таким образом один элемент опыта связывается с другим, пусть даже их разделяют месяцы или годы. Активируясь в рамках одной функциональной системы, нейрон активирует и другую — мы вспоминаем нечто имеющее отношение к новому событию, адресация к одной системе включает и другие, апеллирует к прошлому опыту.
Вероятно, именно таким образом в когнитоме формируются модули, специализированные к накоплению информации определенного типа, — например, модули запоминания лиц или других объектов, принадлежащих к одному классу. Определенный нейрон, участвующий в нескольких функциональных системах, которые объединены неким общим признаком, «накапливает» следы участия в каждой из ситуаций, и возникает явление, уже подтвержденное экспериментально, — когнитивная специализация нейронов.
Читатели, вероятно, встречали новостные сообщения о «нейроне Мэрилин Монро» или «нейроне Билла Клинтона» (работы Родриго Квиана Квироги с коллегами из университета Лейчестера, Великобритания). Конкретный нейрон активируется в ответ на предъявление фотографии президента США, его имени в тексте, карикатуры на него, а возможно, и на предъявление фотографии Моники Левински, если участник эксперимента знает, кто эта девушка и чем она себя прославила. Наверняка и у кошки имеются «нейрон мыши», «нейрон собаки» и т. п. Но существуют и нейроны квалий, категорий чувственного опыта, — так, в зрительной коре индивида, способного различать цвета, должен быть нейрон, который активируется при попадании в поле зрения красного объекта, чем бы этот объект ни был.
Возникает естественный вопрос: а что произойдет, если активировать клетки определенной функциональной системы? Почувствует ли кошка «призрак» мыши, а человек (пусть это будет фантастическое допущение — понятно, что такие опыты на людях невозможны) — фантом Билла Клинтона или Мэрилин Монро?
Синтетическая память
Технически это опять же вполне осуществимо. Можно подставить под регуляторные элементы раннего гена, активирующегося в нейроне при получении опыта, не ген флуоресцентного белка, а ген мембранного канала, который активируется светом. Если провести с таким трансгенным животным сеанс обучения, а потом «подсветить» его мозг с помощью того же оптоволокна — какова будет реакция?
Ответ на этот вопрос дала работа, выполненная группой исследователей под руководством нобелевского лауреата Сусуму Тонегава из Массачусетского технологического института (Xu Liu e.a., «Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall», Nature, 2012, 484, 381–385, doi:10.1038/nature11028).
...
Мышей обучали бояться — помещали в незнакомую обстановку и ударяли током. В соответствующей группе клеток активировался ранний ген и синтезировался фоточувствительный ионный канал (см. рисунок на предыдущей странице). Затем мышь пересаживали в другую камеру, несхожую с первой на вид и на ощупь, и через оптоволокно освещали определенную область гиппокампа — зубчатую извилину; про нее известно, что она, помимо прочего, играет ключевую роль в запоминании пережитого страха. И мыши начинали бояться! Вероятно, им казалось, что они снова в той камере, где раньше испытали неприятные ощущения в лапках.
Так исследователи установили существование паттерна страха — клеток, вовлеченных в запоминание конкретного неприятного эпизода. Активируя этот паттерн, или функциональную систему, мы можем извлечь из хранилища воспоминания. Правда, сами исследователи воспользовались термином «энграмма», от греческого слова, означающего буквально «внутренняя запись». Этот термин предложил еще в начале ХХ века немецкий зоолог Рихард Земан для обозначения гипотетического следа памяти в мозге. Теперь слово «гипотетический» смело можно вычеркивать.
Схема эксперимента, в котором у мыши активировалось воспоминание о страхе. У трансгенных мышей вместе с геном c-fos активируется также ген белка tTA. Этот белок, в свою очередь, взаимодействует с векторной конструкцией, которую вводят мышам в мозг, и в ней включаются гены флуоресцентного белка и ченнелродопсина. Нейроны, в которых произошла активация (то есть те, которые «запомнили» страх), благодаря ченнелродопсину повторно активируются при подсветке через оптоволокно, а благодаря флуоресцентному белку выглядят светящимися на микрофотографиях (справа)
...
Можно пойти еще дальше и генерировать в мозге подопытного животного синтетическую память — запись о том, чего не было. Такая работа тоже была опубликована весной этого года (Aleena R. Garner e. a., Generation of a synthetic memory trace, Science, 2012, 335, 6075, 1513–1516, doi:10.1126/science.1214985). В этом опыте промотор c-fos управлял геном рецептора (снова из семейства GPCR!), который, реагируя с определенным химическим веществом, активировал нейрон. Такой трансгенной мыши позволяли обследовать безопасную камеру, а потом в другой обстановке давали ей препарат, активирующий рецепторы, и ударяли током. После этого мышь, снова помещенная во вторую камеру, испытывала страх только в том случае, если ей опять давали препарат — без препарата она ее не узнавала. По-видимому, это значит, что у мыши формируется гибридное воспоминание — она запоминает не реальную камеру, а некую смесь реальных сенсорных сигналов и синтетических — «призрачных» элементов первой камеры.
Мышь получает удар током, и одновременно ей дают препарат, который активирует группу нейронов, отвечающую за память о другой обстановке. В результате у нее формируется «гибридная» память о страхе: снова оказавшись во второй камере, она не узнает ее без фармакологической стимуляции
Что можно почитать о нейронауках и когнитивных науках:
К. В. Анохин. Генные зонды для картирования нервных сетей при обучении. Принципы и механизмы деятельности мозга человека. Л.: Наука, 1989.
Эрик Кандель. В поисках памяти. Возникновение новой науки о человеческой психике. Перевод с англ. П. Петрова. М.: Астрель, Corpus. 2012.