8.4.2. Экспериментальные исследования роли гиппокампа в образование следов памяти

Утрата способности к образованию долговременной памяти вследствие удаления гиппокампа у человека стимулировала проведение экспериментов, в ходе которых определялась способность животных к образованию новых поведенческих навыков и/или сохранению приобретённых ранее после двустороннего удаления у них гиппокампа. В других экспериментах с помощью вживлённых в мозг электродов регистрировалась активность отдельных нейронов гиппокампа в процессе образования новых поведенческих навыков. Чаще всего подопытных животных обучали ориентироваться в лабиринте, где им предстояло методом проб и ошибок найти пищу или воду для питья, и запомнить это место, чтобы в следующий раз приходить к нему кратчайшим путём. Научение такого рода связано с первоначальным исследованием животными незнакомого пространства лабиринта в ходе поискового поведения, а затем, когда образуется долговременная память, приобретением умения безошибочно ориентироваться в этом пространстве (Справка. 8.5).

После удаления гиппокампа выработанные прежде навыки не исчезают, что говорит о том, что гиппокамп не является местом хранения долговременной памяти. Однако лишённые гиппокампа животные не могут научиться ориентироваться в незнакомых лабиринтах. Из этого следует вывод о том, что гиппокамп необходим для преобразования кратковременной памяти в долговременную. С помощью вживлённых электродов, регистрирующих активность отдельных нейронов гиппокампа, удалось обнаружить, что во время пространственного научения большая часть клеток гиппокампа генерирует потенциалы действия с частотой, близкой к тэта-ритму электроэнцефалограммы (4-7 Гц). Считается, что этот ритм отражает концентрацию внимания, необходимого для активной деятельности животных во время обучения.

Некоторые клетки гиппокампа активируются только при посещении животным определённого участка лабиринта. Такие нейроны получили название «клеток мест», роль которых, видимо, состоит не только в топографическом отображении пространства, но также в определении значения пространственных ориентиров для совершаемых действий. В связи с этим гиппокамп стали представлять как когнитивную (познавательную) карту, отражающую распределение нейронных сетей, связанных с процессом познания и деятельностью мозга в целом. Эта функция не является специфичной исключительно для гиппокампа, поскольку и в других регионах мозга позже были обнаружены клетки, активные лишь тогда, когда животное оказывалось в определённом месте и выполняло определённые действия.

8.5. Феномен долговременной потенциации

В 1973 году Тим Блисс и Терье Лёмо (Bliss T.V.P., Lomo T.) зарегистрировали необычайно длительное возбуждение нейронов зубчатой извилины гиппокампа у кролика в ответ на кратковременное раздражение электрическим током волокон обонятельного нерва, следующих в гиппокамп. Электрическая активность нейронов гиппокампа после раздражения могла сохраняться на протяжении нескольких недель, что получило название долговременной потенциации (ДВП). Если же помешать образованию ДВП, используя блокаторы синаптической передачи в гиппокампе, то экспериментальное животное теряет способность к научению точно так же, как после удаления гиппокампа. Из проведённых экспериментов следовало, что ДВП необходима для образования энграмм памяти.

ДВП возникает в тех регионах гиппокампа, где имеются глутаматэргические синапсы с постсинаптическими рецепторами, чувствительными к Н-метил-Д-аспартату (НМДА рецепторы). Это особая разновидность ионотропных рецепторов, для которой требуется двойное управление. Чтобы открылись связанные с этими рецепторами каналы для катионов требуется, во-первых, присоединение медиатора глутамата, а во-вторых, предварительная деполяризация постсинаптического нейрона (Рис. 8.12). НМДА рецепторы сосредоточены в основном на вершинах дендритных шипиков, а связанные с рецепторами ионные каналы пропускают через мембрану не только ионы натрия, но и, что особенно важно для образования ДВП, ионы кальция.

При обычном для покоя значении мембранного потенциала кальциевые каналы НМДА рецепторов блокированы ионами магния, которые освобождают канал только в случае предварительной деполяризации мембраны. Если на постсинаптической мембране имеются другие ионотропные рецепторы для глутамата, как, например АМПА рецепторы (не чувствительные к НМДА и чувствительные к аминометилпропионату), то в результате их взаимодействия с глутаматом происходит деполяризация мембраны и тогда каналы НМДА рецепторов становятся свободными для тока ионов кальция. Деполяризовать постсинаптическую мембрану могут и другие конвергирующие к этой клетке нейроны и другие медиаторы, если на постсинаптической мембране имеются соответствующие им рецепторы. При конвергенции нейронов, относящихся к разным сенсорным модальностям, возникают условия для ассоциативного научения, которое может происходить в соответствии с моделью синапса Хебба.

Поступление ионов кальция через открывшиеся каналы НМДА рецепторов становится пусковым моментом для образования ДВП, а расположенные на дендритах шипики являются особым функциональным отделом постсинаптической клетки, который уменьшает возможную диффузию кальция через другие участки мембраны и, кроме того, препятствует действию конкурирующих нейронов на постсинаптическую клетку.