вается лишь цАМФ-зависимым элементом (СRЕ) (рис. 10.8Б). Только продолжительное фосфорилирование СRЕ приводит к его активации.

Сказанное выше схематично представлено на рис. 10.8. Особенно важную роль играет внутриклеточный кальций (Са2+), который вызывает фосфорилирование СRЕ, и в данном случае последний называется СаRЕ (Са-зависимый элемент). Многие гены можно регулировать с помощью СRЕВ, например гены предшественников катехоламинов, нейропептидов и нейротрофинов (brain derived neurotrophic factor, или BDNF, NGF, SP; разд. 5.5). Таким образом специфически изменяются количество и эффект нейромедиаторов, структура молекул клеточной мембраны, а также «картография» головного мозга (например, нейронные карты, как описано выше).

Коротко

Молекулярные основы процессов обучения: кратковременная память

В молекулярных механизмах обучения и памяти есть различия между ассоциативным обучением или кратковременной памятью и долговременной памятью.

Простые ассоциации возникают путем усиления синаптических связей между теми сенсорными нейронами, которые проводят возбуждение от условного и безусловного стимулов к эфферентным нейронам. Одновременность двух предъявленных стимулов активирует внутриклеточный сигнальный каскад, что ведет к повышеннию внутриклеточной концентрации Са2+ и выбросу медиатора.

Молекулярные основы процессов обучения: долговременная память

За перевод однажды выученной информации в долговременную память отвечают процессы долговременной потенциации в гиппокампе и коре.

•Долговременная память: фиксация информации

вдолговременной памяти осуществляется путем стимуляции или ингибирования синтеза белков каналов клеточной мембраны под управлением генетического аппарата. Образование долговременного следа памяти зависит от синтеза новых канальных белков, которые на длительный срок изменяют возбудимость постсинаптической клеточной мембраны.

•Внутриклеточные каскады экспрессии белка: при долговременной потенциации или иначе вызванном увеличении входа ионов Са2+ протеинкиназа фосфорилирует CREB на ДНК либо напрямую

врезультате действия Са2+, либо через аденилатциклазный сигнальный каскад. В клеточном ядре активируется транскрипция, а на мембране эндоплазматического ретикулума — трансляция,

врезультате чего на постсинаптической мембране появляются новые молекулы ферментов синтеза и распада нейромедиаторов, структурных белков и рецепторов.

•Изменение ответной реакции клетки в результате обучения: благодаря изменению структуры постсинаптической мембраны модифицируется возбудимость этой клетки в клеточном комплексе и соответственно изменяется вероятность генерации ответа и его распространение в данном клеточном ансамбле.

10.4. Нейропсихология обучения и памяти

Нейропсихология изучает взаимосвязь между мозгом и поведением у больных людей. Исследуются пациенты, которые имеют определенные нарушения структуры и функции головного мозга. Из изученных патологий поведения (например, ухудшение памяти) следует вывод о значимости разрушенных областей мозга.

Заучивание фактов и событий: эксплицитная (декларативная) память

!Система памяти медиальных отделов височной доли ответственна за формирование ассоциативных связей при декларативном (эксплицитном) обучении.

Формы амнезии. Начало для создания систематической классификации памяти на нейробиологической основе положил единичный случай с пациентом Г. М. (1926–2008), страдающим от тяжелой антероградной амнезии после двустороннего удаления гиппокампа и вышележащих слоев коры. Это осложнение возникло после операции и продолжалось в течение 30 лет вплоть до смерти пациента.

Термином антероградная амнезия обозначают расстройство, когда человек после повреждения мозга (несчастный случай, кровоизлияние в мозг, операция и т. д.) не сохраняет новую информацию (не обучается) и не может воспроизвести ее.

Под ретроградной амнезией мы понимаем ситуацию, когда человек не может вспомнить события до повреждения мозга, например до несчастного случая.

Больной Г. М. и многие исследованные после него пациенты с амнезией на первый взгляд не воспринимали никакой новой информации и не могли вспомнить события, произошедшие после разрушения гиппокампа. При детальном экспе- риментально-психологическом исследовании, однако, выяснилось, что у них сохранилась способность к процедурному (имплицитному) обучению. Систематические исследования этих пациентов и изучение повреждений мозга у обезьян показали, что

декларативное обучение, напротив, зависит от целостности гиппокампа, энторинальной коры и расположенных над ней периринальных и парагиппокампальных областей.

Сходные дисфункции встречаются при синдроме Корсакова (см. 10.3). Пациенты с таким синдромом демонстрируют интактную имплицитную (процедурную) память при частичной потере эксплицитной (декларативной) памяти. Диэнце- фально-фронтальная система анатомически тесно связана с системой медиальных отделов височных долей, но прежде всего обладает функциями рабочей памяти, от целостности которой зависит система памяти медиального отдела височной доли. В случае конфабуляции, однако, бывает так, что задняя орбитально-фронтальная кора разрушается (при синдроме Корсакова — из-за токсического воздействия алкоголя), и из-за этого выходит из строя значительная часть кортикальной системы дофамина: эта система больше не показывает, что за реакцией следует вознаграждение, и в результате человек не меняет своих высказываний

иубеждений.

10.3.Синдром Корсакова

Карл Вернике в 1881 г. описал «энцефалопатию», которая после отравлений и потребления алкоголя приводит к атаксии (нарушению равновесия), периферической нейропатии с болями и нарушением ориентации. Сергей Корсаков в 1887 г. дополнил описание этого синдрома тяжелым нарушением памяти (амнезией) с конфабуляциями. Конфабуляции — это «изобретения» пациентов для упорядочивания выпавших из памяти эпизодов. Пациентами, как правило, становятся люди, злоупотребляющие алкоголем, и потребление алкоголя у них сопровождается хроническим заболеванием печени с дефицитом витамина В1 (тиамина). Тиамин необходим для синтеза ацетилхолина и ГАМК в мозге. Недостаток тиамина, прежде всего в маммилярных телах и дорсомедиальном ядре таламуса, приводит к отмиранию клеток. Обе области посылают проекции в гиппокамп и зоны префронтальной коры, которые отвечают за исполнительную функцию и декларативную память. В отличие от повреждений системы гиппокампа и медиального отдела височной доли при синдроме Корсакова говорят о «диэнцефальной амнезии». Корсаков описывал своего пациента таким образом: «Пациент забывает даже то, что произошло за минуту до этого: ты входишь, говоришь с ним, выходишь на минуту, снова входишь, и пациент совершенно не помнит, что ты только что был у него… Если ты спрашиваешь его, как он провел время, зачастую он рассказывает историю, которая не имеет ничего общего с тем, что произошло на самом деле; например, он рассказывает, что вчера он ездил в город, хотя он уже два месяца пребывает в постели и т. д.».

Роль медиальных отделов височных долей при декларативном (эксплицитном) обучении.

На рис. 10.9 представлено устройство медиального отдела височной доли, ответственного за декларативное обучение. Гиппокамп получает через энторинальную кору информацию из всех ассоциативных зон неокортекса, а также из структур лимбической системы, прежде всего поясной извилины и орбитально-фронтальной коры, а также из различных областей височной доли. Все эти связи являются двусторонними, т. е. гиппокамп имеет

Рис. 10.9. Система медиальных отделов височной доли и гиппокампа. А. Вид мозга обезьяны с вентральной стороны с различными местами повреждения, которые приводят к амнезии в животных моделях. Миндалина (А) и гиппокамп (Н) изображены пунктиром, а соседние кортикальные области выделены цветом: синим — периринальная кора (зона 35 и 36); оранжевым — периамигдалярная кора (зона 51); красным — энторинальная кора (зона 28) и зеленым — парагиппокампальная кора (зоны ТН и ТF). Б. Схематичное строение системы памяти медиального отдела височной доли (ТЕ). Энторинальная кора проецирует информацию в гиппокамп, причем две трети корковых афферентов в энторинальной коре исходят из соседних периринальных и парагиппокампальных областей коры. Они в свою очередь передают проекции от унимодальных и полимодальных областей коры (например, ТЕО, височно-затылочной коры). Энторинальная кора также получает прямые афференты из орбитофронтальной коры, поясной извилины, коры островковой доли и верхней части височной доли. Все эти проекции являются реципрокными. (По данным: Birbaumer и Schmidt, 2006.)

также эфферентные соединения с ассоциативными зонами коры, где в рамках накопления памяти осуществляются собственно долговременные изменения (см. 10.4 и разд. 10.3).

10.4. У лондонских таксистов увеличен гиппокамп

Лондонские таксисты должны пройти двухгодичную подготовку по навигации в городе и сдать множество строгих экзаменов. Поэтому их ориентационные навыки намного лучше, чем у среднестатистического представителя населения. При ПЭТ-исследовании, проведенном у 16 таксистов

сразным по длительности опытом работы, было выявлено, что их задний гиппокамп значительно увеличен в размерах, а передний сильно уменьшен. Усиление кровоснабжения в правой части заднего гиппокампа положительно коррелировало (r = 0,6)

сопытом водителя (время работы за год). Сокращение кровотока в правой части переднего гиппокампа негативно (r = –0,6) коррелировало с опытом.

Этот результат побудил сотрудников еженедельника «Экономист» к ироничному замечанию: «Однако остался открытым вопрос, связана ли потеря ткани переднего гиппокампа с твердыми политическими убеждениями, которыми отличаются лондонские таксисты?»

Контекстное обучение

!Гиппокампальная система соединяет в коре изолиро- ванное содержимое памяти в более общий контекст.

Система медиальных отделов височной доли должна быть активной во время предъявления или повторения материала для запоминания, чтобы между различными стимулами, которые предъявлены во время запоминания, могли образовываться ассоциативные связи. Гиппокамп и вышележащая энторинальная кора должны связывать между собой как во времени, так и в пространстве различные представления об окружающей среде, в которой происходит процесс обучения.

Создание такого контекста необходимо прежде всего в случаях, когда должны запечатлеваться новые ситуации и новый учебный материал, поскольку появляющиеся новые ощущения и новые мысли, которые до сих пор не были связаны ассоциативно, должны быть соединены друг с другом. Как только вновь приобретенное содержимое памяти оказывается связано воедино ассоциативными связями, на более позднем этапе достаточно небольшого отрезка или отдельного аспекта этой ситуации, чтобы воспроизвести ее целиком. Гиппокампальная система, таким образом, объединяет корковые представительства определенной ситуации между собой, так что они образуют единый комплекс

Рис. 10.10. Необходимые и избыточные связи между гиппокампом и корой в процессе консолидации.

Необходимые ассоциативные связи обозначены красным, синим — слабые ассоциативные связи. А. В начале запоминания клеточные ансамбли коры (круги) соединяются с гиппокампом. Внутрикорковые ассоциативные связи, однако, еще очень слабы (синие линии). Б. В результате повторения кортико-гиппокампаль- ные связи ослабляются, а внутрикорковые становятся сильнее (красные соединения вверху). Но не все внутрикорковые связи стабильны и активны (несколько красных связей внутри коры). В. После завершения консолидации кортико-гиппокампальные связи избыточны (все синие), и крепкие внутрикорковые связи становятся достаточными для воспроизведения

(binding). Если эта система перестает действовать, то каждая ситуация кажется нам новой, совершенно независимо от того, как часто мы уже видели или переживали ее, поскольку она не имеет никакого отношения к одновременно представленным

ееаспектам.

На рис. 10.10 показана модель консолидации

содержимого декларативной памяти: на начальных этапах запоминания новая информация накапливается как схема ассоциативных связей между гиппокампом и корой, поскольку отдельные элементы события (цвет, предметы, звуки и т. д.) становятся в коре раздельными и несвязанными, в то время как гиппокамп может быстрее объединять их ассоциативно (рис. 10.10А). При нарушении системы любая консолидация новой, прежде всего эпизодической, информации прекращается, тогда как уже консолидированная и меньше связанная с гиппокампом семантическая информация сохраняется. Путем повторной реактивации при сознательном воспоминании кора тоже замедленно образует ассоциации между отдельными элементами ситуации (Б). По завершении консолидации гиппокамп больше не участвует в этом процессе (В), и воспроизведение активирует весь эпизод как единое целое в коре.

Имплицитное (процедурное) обучение

!Обучение навыкам зависит от функционирования моторных систем и базальных ганглиев.

Виды и области имплицитного обучения.

Могут быть выделены различные виды имплицитного обучения (рис. 10.1). Для каждого из этих процессов обучения в качестве структурной предпосылки можно идентифицировать различные системы мозга. Между видами живых существ имеются большие различия в нейроанатомической основе реализуемых механизмов обучения. В целом корковые процессы играют в управлении процедурной памятью более ограниченную роль, чем при декларативном обучении, хотя человеку для приобретения и поддержания моторных навыков необходимы моторные и префронтальные области коры. Однако тот факт, что большинство процедурных процессов обучения труднодоступны для сознательного вспоминания, в целом рефлексивны

ине требуют активного сознательного процесса поиска, уже показывает, что первичные подкорковые области, прежде всего базальные ганглии

имозжечок, отвечают за регулирование процедурного обучения навыкам.

Повреждение мозга и имплицитное обучение. Можно показать, что у человека простое классическое обусловливание моргания и прайминг невозможны после повреждения червя мозжечка. При классическом обусловливании рефлекса смыкания век нейтральный звук (УС) предъявляется одновременно с потоком воздуха (БС), так что через несколько повторов УС способен запустить условную реакцию (УР) смыкания век.

Однако у пациентов с повреждением мозжечка нарушения не затрагивают механизмы декларативной памяти, т. е. эти люди могут и дальше воспринимать и накапливать в памяти факты, эпизоды и данные («знания»). Единственное, чего недостает, это сохранения в памяти временных последовательностей целенаправленных движений («навыков»). Приобретение и воспроизведение сложного поведения и навыков связаны у человека с функционированием базальных ганглиев, прежде всего неостриатума.

Рабочая память

! Процессы рабочей памяти поддерживают в стабильной форме информацию, которая больше не доступна напрямую сенсорным системам, и подготавливают эту информацию для передачи в более долгосрочные накопители, например с помощью группирования (chunking). Для этого требуется дорсолатеральная префронтальная кора (ДЛ-ПФК).

ДЛ-ПФК у человека участвует в поддержании мозговой активности при выполнении визуаль- но-пространственных задач. В то же время правая вентральная часть нижней лобной извилины (вентральная ПФК, зона 45/47) в составе рабочей памяти вместе с правой нижней частью височной доли в течение некоторого времени сохраняет значение зрительных объектов в вентральном пути передачи визуальной информации (гл. 18), до того как они ассоциативно связываются между собой в системе медиальных отделов височной доли и на-

капливаются там. Передняя часть нижней лобной извилины (зоны 45/47) осуществляет семантическую переработку речевой информации вместе со средней височной извилиной (зона 21). Значимость и механизмы рабочей памяти представлены на рис. 10.11 на примере задания по нахождению соответствия образцу с задержкой в эксперименте на животных: обезьяна должна ждать некоторое время и вначале (слева сверху на рисунке) активно сохранять информацию о предъявленном стимуле (синий овал) в памяти, прежде чем она нажмет на нужную клавишу (справа сверху) с продемонстрированной ранее фигурой (и при правильном решении вознаграждается за это).

Для тактильных, слуховых и визуальных задач рабочей памяти и представлений (которые также относятся к функциям рабочей памяти) необходимо, чтобы наряду с префронтальными областями были активны те или иные вторичные проекционные зоны для длительного накопления предварительно обработанной информации. Как уже отмечено выше, префронтальные области рабочей памяти принимают центральное участие в организации информации (группировании) при ее сохранении и отборе релевантной для целенаправленного действия информации. Таким образом, данные структуры осуществляют функции внимания (гл. 9).

Коротко

Нейропсихология памяти

•Антероградные виды амнезии: возникают после двустороннего удаления или разрушения медиального отдела височной доли и нижележащих структур, таких как гиппокамп и части лимбической системы. Пациенты не могут сохранять и воспроизводить новую эксплицитную информацию, однако вполне могут обучаться новым моторным и когнитивным навыкам имплицитно.

•Ретроградные виды амнезии: пациенты не могут вспомнить событий, которые произошли до повреждения мозга.

Нейробиологические основы

•Декларативное (эксплицитное) обучение: осознанное накопление и поиск информации, прежде всего фактов и событий, требуют функционирования медиального отдела височной доли и гиппокампа.

•Процедурное (имплицитное) обучение: классическое обусловливание и приобретение моторных навыков зависит от целостности сенсомоторных систем и базальных ганглиев.

• Рабочая память, прежде всего в дорсальных

ивентральных участках префронтальной коры

ивторичных проекционных полях, некоторое время сохраняет воспринятую информацию, организует ее и отбирает релевантные для действия фрагменты.