Глава 1. Молекулярные механизмы памяти
Исследование механизмов научения и памяти в нейронауках преимущественно ведется в контексте пластичности. Цель многих исследований идентификация пластических изменений активности и морфологии мозга во время обучения и запоминания. Пластичность стала доступной для исследований на клеточном и молекулярном уровнях. В настоящее время идентифицировано множество механизмов нейронной пластичности, которые вносят свой вклад в разные формы обучения.
Модификацию синаптических связей при формировании памяти обычно рассматривают в качестве основного изменения. Современные исследователи заинтересованы в изучении не только синапсов, но и внутриклеточных процессов. Нейрофизиологические показатели механизмов долговременной пластичности показывают, что «старые» и «новые» следы памяти неразличимы, а качественно электрическая активность нейронов одинакова. В ходе экспериментов, в которых осуществляется прямой контроль за состоянием хемочувствительной мембраны на разных этапах ее формирования и последующего сохранения во времени, выдвинули предположение, что в основе длительно сохраняющихся следов памяти лежат долговременные изменения хемореактивных свойств мембраны нейронов. Полученные факты позволяют рассматривать длительно сохраняющиеся изменения хемочувствительных мембран нейронов в качестве одного из реальных механизмов, лежащих в основе сохранения энграмм3.
Одно из наиболее разрабатываемых направлений в современных исследованиях – это изучение структуры и функции синаптических мембран и их роли в передаче, фиксировании и хранении информации. Мембрана может рассматриваться как двойной посредник в передаче информации:
- состояние мембраны определяет чувствительность к стимулу,
- а перестройка мембраны после получения сигнала определяет силу, специфичность и адекватность ответа.
В передаче и хранении информации исключительная роль мембран связана с кооперативными структурными переходами в них. Эти переходы могут индуцироваться изменениями в липидах и белках [Бурлакова, 1990]. С изменением структуры липидного бислоя синаптических мембран связана как кратковременная, так и долговременная память. И кратковременная, и долговременная память зависят от перехода липидов в одно и то же новое жидкокристаллическое состояние [Крепс, Ашмарин, 1982].
Уровень понимания природы синаптической пластичности и эндонейрональных процессов позволяет успешно изучать целенаправленное воздействие на метаболические процессы нервных клеток, обеспечивающие привыкание, ассоциативное обучение, долговременную потенциацию, длительно сохраняющееся изменение синаптической эффективности и другие разнообразные формы пластичности нервных клеток [Салганик и др., 1981; Lynch, Baudry, 1984; Bliss et al., 1986]. Наиболее интересные результаты получают в опытах по изучению пластичности и ее изменений под влиянием высокоспециализированных веществ при регистрации электрической активности нейронов [Костюк и др., 1984; Цитоловский, 1986; Belardetti et al., 1986]. Идентификация тонких внутриклеточных биохимических механизмов научения позволила понять особую роль ионов кальция. Взаимосвязь между метаболизмом нейрона и его мембраной, по предположению осуществляет кальций, являясь метаболически зависимым компонентом клеточной проводимости; он принимает непосредственное участие в формировании пластических реакций нейронов.