43. Нейронные механизмы фиксации следов памяти. Синапс Хебба.

Д. Хебб (Hebb, 1949) сформулировал теоретически возможный механизм хранения информации. С его точки зрения, основой обучения может быть совпадение во времени активности пресинаптической и постсинаптической клеток. В дальнейшем такого типа связь между клетками стала называться синапсом Хебба.

Правило Хебба (1949 г.):

«Если аксон клетки А расположен настолько близко к клетке В, что может возбуждать ее, и если он многократно и непрерывно принимает участие в ее активации, то в одной или обеих клетках возникает какой-то процесс роста или метаболические изменения, и в результате эффективность клетки А как одного из активаторов клетки В возрастает».

Примечание: подразумевается, что клетка B может быть активирована каким-то другим способом, помимо синапса с клетки A – т.е. либо имеются и другие входы на клетку B, причем сильные, либо клетка B спонтанно активна.

Сейчас считается, что эксплицитная память на нейрональном уровне представлена пре-постсинаптическим совпадением активности нейронов.

Предполагается, что в приобретении и хранении новой информации участвует посттетаническая потенциация - длительное облегчение синаптической проводимости, обусловленное повторной стимуляцией возбуждающих синапсов.

Большую роль в посттетанической потенциации играют глутаматные NMDA-рецепторы (N-метил-D-аспартат).

Долговременная потенциация сопровождается деполяризацией постсинаптической мембраны в результате активности HE-NMDA-рецепторных каналов.

Деполяризация снимает блокаду NMDA-каналов магнием, что позволяет кальцию поступать в клетку через эти каналы. Кальций активирует зависимые от него киназы, и это приводит к индукции долговременной потенциации.

Особое значение в процессах памяти и обучения придают NMDA-рецепторам, с которыми связывается глютаминовая к-та. В мозге млекопитающих эти рецепторы локализованы, главным образом, в коре, базальных ганглиях и сенсорно-ассоциативных системах. Наивысшая плотность – в гиппокампе.

При связывании глютамата с NMDA-рецепторами в клетку входят ионы натрия и кальция. Последний вступает в контакт с кальций-кальмодулин-зависимой киназой II, активация которой и запускает цикл внутриклеточных биохимических реакций, повышающих чувствительность нейрона к поступающим пресинаптическим сигналам.

Так, объяснняется, феномен посттетанической потенциации (LTP: long-term potentiation).

44. Морфофизиологический субстрат долговременной памяти.

Морфофизиологические и нейро-химические основы механизма долговременной памяти

Долговременная память связана с морфофизиологическими изменениями в системе нейронов. В ряде нервных клеток происходит прижизненный  прирост ответвлений (аксоно-дендрической системы). Прирост ответвлений стимулируется упражнением,  а от неупотребления той или иной системы происходит их сдерживание. Упражнения в значительной степени повышают число синапсов, увеличивает число пузырьков (везикул ацетилхолина), переносящих возбуждение в нейронах и количество мельчайших “шипиков” находящихся в аксонах, которые считаются  основным нейро-химическим аппаратом, обеспечивающим передачу возбуждения в синапсах. Такие же реакции движения и роста при возбуждении возникают и в глии. Именно этот эффект образования новых синапсов  и составляет субстрат долговременной памяти. Таким образом : в основе долговременной памяти лежит рост аксо-дендрического аппарата глии.

Нейроны, входящие в разные системы мозга имеют разные нейрофизиологические характеристики. В одних областях коры они  являются модально –специфическими и реагируют на узко избирательные раздражители (зрительная, слуховая, кожно-кинестетическая системы). В других областях (гиппокмп, хвостатое тело)  нейроны  реагируют только на изменение возбуждения. Это говорит о том, что гиппокамп и связанные с ним образования  (миндалевидное тело, ядра зрительного бугра, мамиллярные тела) играют особенную роль в фиксации и сохранении следов памяти. Нейроны, входящие в их состав приспособлены к хранению следов возбуждений,  к сличению их с новым раздражением и призваны либо активировать разряды, либо тормозить их. Такая функция фиксации и сличения следов, свидетельствует о его существенной роли в процессах памяти. Как показали наблюдения,  двустороннее поражение гиппокампа приводит к грубым нарушениям памяти. Канадским нейропсихологом Брендой Милнер были проведены исследования, во время которых больному с односторонним поражением гиппокампа  вводилось в сонную артерию второго полушария снотворное. Это привело к краткому выключению функций коры второго полушария и  к тому, что на короткий отрезок времени оба гиппокампа выключались из работы. Результатом такого вмешательства было временное выключение памяти  и невозможность фиксации следов, которая продолжалась несколько минут, а потом исчезала.  Такие нарушения наблюдались при любых поражениях блокирующих нормальное движение по так называемому гиппокпмпо-таламо-мамиллярному кругу, который включает в свой состав гиппокамп, ядра зрительного бугра, мамиллярные тела и миндалину.

Прекращение нормальной циркуляции возбуждения по этому кругу нарушает и  нормальную работу ретикулярной формации и приводит к грубым расстройствам памяти.       Поражение же затылочных и височных зон коры головного мозга способно приводить к   невозможности закреплять следы специфических раздражителей  (зрительных, слуховых) но не приводит к общему снижению следов памяти.

Поиск структур, ответственных за долговременно хранение информации

Первые попытки найти области мозга, связанные с хранением информации, были безрезультатными. Подытоживая эти исследования, К.С. Лешли предложил два принципа. Принцип массы гласил, что мозг в процессе обучения действует как целое: чем больше его масса, тем эффективнее обучение. Принцип эквипотенциальности утверждал, что раз личные части мозга почти равны по вкладу в обучение. Этими представле­ниями он обобщил свои исследования, в которых обучал крыс, а затем тес­тировал результаты после удалении тех или иных участков мозговой ткани.

Нейрохирург У. Пенфилд опроверг эти прин­ципы, продемонстрировав специфичность различных отделов коры. Иссле­дования больных с удаленными гиппокампами, оперированных по поводу тя­желой эпилепсии, дали дополнительные результаты. После операции число припадков у одного из таких пациентов уменьшилось, а коэффициент интел­лекта даже увеличился. Но у больного возникла ретроградная амнезия, про­являющаяся в том, что он забыл о событиях своей жизни, происходивших за один – три года до операции. Кроме этого, у него появилась антероградная ам­незия, т. е. он перестал запоминать любую новую информацию.

Стойкая антероградная амнезия называется также синдромом Корсакова, который тот обнаружил и описал у больных алкоголизмом. У них этот син­дром возникает как следствие недостаточности витамина В. Не­хватка его ведет к утрате или повреждению нейронов дорзомедиальных ядер таламуса и мамиллярных тел. У больных алкоголизмом этот синдром воз­никает из-за отсутствия достаточного количества еды на фоне больших кон­центраций алкоголя в крови. Заболевание проявляется даже в том, что па­циенты не помнят, сидя за столом, поели они уже или только что пришли и надо начинать есть. Повреждается у них также и префронтальная кора, в ко­торой есть проекции дорзомедиального ядра таламуса.

Можно предположить, что синдром Корсакова демонстрирует нарушение процесса консолидации памяти. Тем не менее больные с синдромом Корса­кова могут обучаться новым моторным навыкам, особенно в тех случаях, когда нет необходимости осознания обучения. У больных выявлены такие виды обу­чения, как привыкание, сенситизация, классические рефлексы. На основа­нии этих результатов было высказано предположение о необходимости деле­ния памяти на два вида: осознанную, или эксплицитную, и неосознанную, или имплицитную. Более ранние названия для этих ви­дов памяти встречаются в литературе как декларативная и процедурная. Дек­ларативная память обеспечивает хранение информации, которая может быть четко сформулирована. Она, в свою очередь, делится на эпизодическую (свя­занную с индивидуальными для каждого человека событиями) и семантичес­кую (смысловую) память. Процедурная память определяет сохранение пос­ледовательности действий при обучении разнообразным навыкам (процедурам) и не всегда может быть описана словами, поскольку люди часто не в со­стоянии четко сформулировать, что они запомнили, обучаясь ездить на ве­лосипеде, играть на скрипке, кататься на коньках, водить машину.