научения. На стадии образования и упрочения условного рефлекса в прилегающих к нервной клетке глиальных клетках усиливается синтез миелина, который окутывает концевые тонкие разветвления аксонного отростка и тем самым облегчает проведение по ним нервных импульсов, в результате чего повышается эффективность синаптической передачи возбуждения. В свою очередь стимуляция образования миелина происходит в результате деполяризации мембраны олигодендроцита (глиальной клетки) под влиянием поступающего нервного импульса. Таким образом, в основе долговременной памяти могут лежать сопряженные изменения в нервно-глиальном комплексе центральных нервных образований.

Возможность избирательного выключения кратковременной памяти без нарушения долговременной и избирательного воздействия на долговременную память в отсутствие каких-либо нарушений краткосрочной памяти обычно рассматривается как свидетельство разной природы лежащих в их основе нейрофизиологических механизмов.

Косвенным доказательством наличия определенных различий в механизмах кратковременной и долговременной памяти являются особенности расстройств памяти при повреждении структур мозга. Так, при некоторых очаговых поражениях мозга (поражения височных зон коры, структур гиппокампа) при его сотрясении наступают расстройства памяти, выражающиеся в потере способности запоминать текущие события или события недавнего прошлого (произошедшие незадолго до воздействия, вызвавшего данную патологию) при сохранении памяти на прежние, давно случившиеся события.

Однако ряд других воздействий оказывает однотипное влияние и на кратковременную, и на долговременную память. По-видимому, несмотря на некоторые заметные различия физиологических и биохимических механизмов, ответственных за формирование и проявление кратковременной и долговре-

менной памяти, в их природе намного больше общего, чем различного. Их можно и нужно рассматривать как последовательные этапы единого механизма фиксации и упрочения следовых процессов, протекающих в нервных структурах под влиянием повторяющихся или постоянно действующих сигналов.

Химический перенос памяти с участием нейропептидов

Важным этапом в изучении химической природы памяти были экспериментальные попытки «транспорта памяти» от одних животных другим, когда путем инъекции мозговых экстрактов от животных-доноров, обученных не-

24

сложному навыку, было получено облегчение обучения той же задаче живот- ных-реципиентов. Предположение, что следы памяти или выработанные навыки могут быть закодированы в структуре каких-то химических соединений и переноситься с этими соединениями от одного индивида к другому, возникло на рубеже 50–60-х годов после исследований Мак-Коннела, проведенных на червях планариях. Безусловной реакцией планарии является сокращение тела в ответ на электроболевой раздражитель. После многократного сочетания такого воздействия со вспышкой света у червей вырабатывалась условная реакция на свет. Вслед за этим планарию разрезали на две половины и выжидали месяц, пока каждая половина не регенерирует до целой особи. После этого у всех регенерировавших таким образом планарий вновь вырабатывали ту же условную реакцию. При этом выяснилось, что для выработки реакции требуется время, в три раза меньшее, чем при первоначальном обучении, независимо от того, из какого конца, головного или хвостового, происходила регенерация.

Результаты заставляли предполагать, что приобретенная условная реакция кодируется какими-то химическими веществами, которые могут храниться как в головной, так и в хвостовой части червя. Планария, при этом – сравнительно примитивный организм, и может обладать особыми механизмами научения, которые не имеют особого значения для понимания памяти у высших животных.

Однако имеются данные об успешности подобных опытов на крысах и мышах. Перенос памяти о выработанных условных рефлексах производился с помощью инъекции гомогената мозга предварительно обученного животногодонора. Так, из экстракта мозга крыс, обученных избегать темноту (его введение вызывало у необученных крыс также избегание темноты), был выделен пептид, состоящий из 15-ти аминокислот. Он получил название скотофобин (вызывающий боязнь темноты), был синтезирован и проявил такое же действие, как и естественный. У животных, оказавшихся в темноте, он вызывал реакцию стресса.

Подобным же образом вырабатывали у крыс привыкание к звуку электрического звонка, а затем экстрагировали и очистили активное вещество, которое было названо амелитином (от греч. «безразличный»).

Исходя из этого, ряд исследователей предполагают, что в мозге может содержаться достаточное количество пептидов, чтобы обеспечить всю накапливаемую в течение жизни информацию и оцениваемую в 1015 битов, поскольку, если пептиды имеют 15 аминокислотных остатков, как скотофобин, то может

25

существовать 2015 пентадекапептидных цепочек, что значительно больше требуемого количества.

Однако в экспериментах, как правило, наблюдалось либо изменение белкового синтеза при обучении, либо существенное влияние ингибирования синтеза белков в нейронах на процесс формирования и закрепления следа памяти. Предполагается, то принимающие участие в формировании новой ассоциативной связи РНК и белки специфичны лишь по отношению к функциональному изменению задействованных синапсов и неспецифичны относительно самой информации.

Некоторые олигопептиды, представляюшие собой молекулы из небольшого числа аминокислотных остатков, способны модифицировать процесс обучения и влиять на степень выработки, хранения и угасания приобретенных поведенческих реакций. Среди этих пептидов оказались ранее известные гормоны, их фрагменты, а также ряд других соединений, выполняющих в организме специфические регуляторные функции. Из пептидов, относящихся к числу гормонов, наиболее выраженным действием на процессы обучения и памяти обладают гормоны гипофиза – адренокортикотропный (АКТГ) и вазопрессин.

При изучении влияния АКТГ на процессы памяти было показано, что главная роль в его действии принадлежит фрагменту АКТГ 4.10, который оказывает на эти процессы практически такой же эффект, как и целый гормон. Положительным влиянием на обучение обладает также и еще более короткий отрезок АКГГ47, хотя его действие выражено слабее, чем у АКТГ4.

Более короткие фрагменты не оказывают существенного влияния на процессы обучения и памяти. Как было выяснено, стимулирующее влияние фрагментов АКТГ на обучение не связано с собственно гормональной функцией пептида, так как фрагменты-активаторы памяти лишены такой функции. Кроме того, установлено, что эти пептиды действуют непосредственно на процессы фиксации, хранения и воспроизведения памятного следа, а не на функции, связанные с активностью и вниманием во время обучения, ибо фрагменты АКТГ оказываются эффективными при введении их либо сразу после сеанса обучения, либо перед воспроизведением приобретенного навыка.

Гормон задней доли гипофиза – вазопрессин также обладает ярко выраженным положительным влиянием на выработку условных реакций у животных и функции, связанные с памятью у людей. Будучи введенным в чрезвычайно малых дозах (около 0,001 мг на 1 кг массы тела), он ускоряет выработку и замедляет угасание приобретенных навыков, устраняет ретроградную амнезию, улучшает воспроизведение хранящейся в памяти информации. Стимуляция ва-

26

зопрессином процессов памяти также не связана с его гормональным действием, так как такое же стимулирующее действие оказывают некоторые его аналоги и фрагменты, не вызывающие свойственных вазопрессину гормональных реакций.

Есть все основания считать, что АКТГ и вазопрессин либо их фрагменты, образующиеся в организме в результате расщепления гормонов, не только стимулируют запоминание при введении их извне, но постоянно функционируют в мозге в качестве регуляторов процессов памяти. В пользу этого утверждения, свидетельствует целый ряд фактов. Во-первых, введение животным иммунной антисыворотки, специфически связывающей вазопрессин либо АКТГ 4.10, приводит к значительному ухудшению их обучаемости.

Во-вторых, крысы, у которых в результате мутации нарушен синтез вазопрессина, способны к обучению в значительно меньшей степени, чем животные с нормальным уровнем этого нейропептида. В-третъих, доказано,что в мозге существует обширная сеть вазопрессинергических нейронов, синаптические окончания которых особенно многочисленны в тех отделах, которые принимают активное участие в процессах, связанных с памятью и обучением по структуре с активными фрагментами вазопрессина.

Что касается других непептидных соединений, обладающих стимулирующим воздействием на процессы памяти, то их действие, скорее всего, является неспецифическим, осуществляемым благодаря общей активации деятельности ЦНС.

Достаточно активным стимулятором памяти является оротовая кислота, действие которой направлено на синтез уридинортофосфата и, следовательно, на образование РНК.

Известно, что нейропептиды могут служить как самостоятельными медиаторами в синаптических окончаниях нейронов, так и кофакторами классических (непептидных) медиаторов, вместе с которыми они могут находиться либо в одной везикуле, либо в различных везикулах в пределах одной терминали. Есть основания полагать, что такое сочетание группы активных веществ в пределах одной терминали является в большинстве случаев, если не во всех, необходимым для нормального функционирования синапса. Возможно, оно обеспечивает способность пресинаптического аппарата регулировать уровень освобождения медиатора и чувствительность к приходящим стимулам.

Известно, что нейропептиды-спутники способны значительно повышать сродство рецептора к основному медиатору. Например, вазоактивный интестинальный пептид (ВИП) увеличивает сродство ацетилхолиновых рецепторов к

27

ацетилхолину более чем в десять тысяч раз. Это свойство пептидов может иметь большое значение, так как они, как правило, гораздо стабильнее, чем непептидные медиаторы. Если период полураспада у последних колеблется от нескольких долей секунды до минуты, то для многих пептидов он может составлять несколько минут и более. В результате создаются условия для того, чтобы проводимость синапса увеличивалась на время, значительно превышающее продолжительность КПМ.

Выделяющиеся в синаптических окончаниях пептиды способны влиять на описанные выше нейрохимические реакции в нейронах, которые могут быть связаны с консолидацией следов памяти. Установлено, что АКТГ, взаимодействуя с постсинаптическими рецепторами, увеличивает образование внутриклеточной цАМФ. Результатом этого может быть подавление фосфорилирования упоминавшегося синаптосомального белка В-50. Следующим звеном в цепи возникающих реакций будет являться снижение уровня фосфорилирования фосфоинозитидов, уменьшение отрицательного заряда мембраны и изменение состояния ионных каналов. Известно, что вазопрессин также оказывает влияние на уровень фосфорилирования белка В-50.

Следовательно, кроме кратковременных эффектов нейропептидовспутников, связанных с их действием на сродство рецепторов к основному медиатору, можно представить себе их более длительное действие на поляризацию других, более отдаленно расположенных мембран и на синаптическую проводимость.

Действие нейропептидов на постсинаптические рецепторы не обязательно должно быть обусловлено их локализацией в одном синаптическом окончании с непептидными медиаторами. Возможен и такой вариант, когда в районе одного постсинаптического рецептора расположены в непосредственной близости синаптические окончания двух нейронов, один из которых выделяет классический (непептидный), а другой – пептидный медиатор.

Оба медиатора реагируют с соседними участками постсинаптической мембраны таким образом, что пептид изменяет ее реакцию на выделение основного медиатора. В этом случае реакция постсинаптической клетки на этот медиатор в большой мере будет зависеть от того, пришел ли одновременно импульс или серия импульсов от пептидергического нейрона.

Можно, таким образом, утверждать, что вазопрессин и АКТГ и (или) их фрагменты являются специфическими регуляторами функций центральной нервной системы, имеющих прямое отношение к процессам фиксации, хранения и воспроизведения следов памяти.

28

Помимо этих двух соединений существует еще несколько нейропептидов, которые можно считать относительно специфичными стимуляторами запоминания и воспроизведения энграмм (таблица 3).

Таблица 2 – Некоторые стимуляторы запоминания и воспроизведения энграммы

Непептидные специфические стимуляторы памяти практически неизвестны. Единственным таким соединением, широко использующимся в клинике, эффект которого можно считать несомненным, является пирацетам. Интересно, что молекула пирацетама, химически родственная ГАМК, в то же время близка по конформации к некоторым пептидам, которые также существенно стимулируют запоминание.

Изложенные предположения о роли нейропептидов в процессах нейронной пластичности и памяти не обязательно должны относиться исключительно к вазопрессину и АКТГ, т.е. тем пептидам, которые несомненно способны стимулировать память при их введении в организм. Вероятно, не все введенные пептиды могут, не разрушаясь, достигать тех клеток мозга, где они способны оказать свое действие.

29

Кроме того, в том случае, когда пептид вводят системно, т.е. внутривенно, внутрибрюшинно, подкожно или внутримышечно, его действие распространяется сразу на весь организм и специфическое влияние на процессы обучения и памяти может маскироваться другими эффектами. Вот почему количество известных нейропептидов-стимуляторов памяти, скорее всего, будет постепенно увеличиваться.

Уже сейчас выявлены соединения, обладающие неизвестной ранее для них способностью стимулировать процессы запоминания и воспроизведения энграмм. Кроме того, установлено, что некоторые фрагменты и искусственно синтезированные аналоги природных пептидов часто обладают более выраженным действием, чем сами соединения, обнаруживаемые в организме. Так, выяснилось, что аналог АКТГ обладает активностью, в тысячу раз превышающей активность самого АКТГ. Получен также аналог АКТГ, образующийся присоединением к нему трех природных аминокислот, который по активности не уступает исходному пептиду, но обладает значительно более продолжительным действием.

Такое увеличение активности или пролонгирование эффекта объясняется тем, что присоединение дополнительных аминокислотных остатков к молекуле пептида или замена их внутри этой молекулы делает ее более устойчивой к метаболической деградации, в результате чего нейропептид достигает клетокмишеней в больших концентрациях, чем это имеет место при введении природного соединения.

Уже упоминались случаи, когда фрагмент нейропептида оказывается активнее, чем исходное вещество. Так, было показано, что при внутримозговом введении фрагмента вазопрессина его дозы, требуемые для стимуляции обучения, оказываются на несколько порядков ниже, чем для целого вазопрессина. Авторы этих исследований считают, что в регуляции процессов памяти участвует не вся молекула вазопрессина, а лишь фрагмент, отщепляющийся от молекулы благодаря специфике метаболизма вазопрессина в ЦНС.

Феномен синтеза нейроспецифических белков индуцируется процессом фосфорилирования регуляторных ядерных белков (белков хроматина). Установлено, что фосфорилирование гистонов, представленных в хроматине вместе с ДНК, осуществляется при участии опять-таки, цАМФ-зависимых протеинкиназ. Это означает, что участие генетического аппарата в регуляции формирования следа памяти обеспечивается механизмами, в основе которых лежит принцип обратной связи: нейромедиатор (через вторичные посредники) принимает участие в активации генетического аппарата, а ситезнейроспецифических бел-

30

ков, часть которых участвует в ферментативной регуляции медиаторных рецепторов, индуцируется генетическим аппаратом.

Участие нейроспецифических белков в формировании следов памяти доказываетмся усилением их новообразования в процессе обучения и регистрации расстройства памяти при блокаде их синтеза. Усиление синтеза белков доказывается увеличением внедрения в них метки после предварительного введения меченых аминокислот. Феномен синтеза нейроспецифических белков проявляется в пределах часа после обучения и достигает максимума на 3-й и 6-й час.

Начало исследования нейроспецифических белков мозга было положено в 1965 г Б. Муром, который выделил и идентифицировал первый из них – белок S-100. К настоящему времени обнаружено свыше трех десятков мозгоспецифических белков, однако вследствие методических сложностей не все они выделены в очищенном виде.

Имеются сведения их структурно-таксономического распределения. Так белок S-100 содержится в мембранах, цитоплазме и ядрах клеток, белок ДНК110 связан с рибосомами нейронов, ряд белков определяются в синаптических образованиях, а белки 14-3-2 и СР-350 нейрональны по происхождению и локализации. Кроме того, выделена группа белков исключительно глиальных элементов, в частности ОГАР, 10B, N8-1, N8-2.

Белок S-100 влияет на фосфорилирование других белков в ядрах нейронов и об усилении синтеза РНК и белков в глиальных клетках. Было показано, что при преручении крыс в гиппокампе усиливается новообразование именно этого белка. Отмечается что нарастание синтеза белка S-100 в гиппокампе сопровождается параллельно увеличением концентрации ионной кальция. Интрацеребральное введение крысам антисыворотки к белку S-100 резко нарушает способность крыс к переучиванию.

Кроме того, как уже отмечалось, процесс обучения и сохранение выработанных навыков значительно нарушаются под действием ингибиторов синтеза РНК и белков (актиномицина Д, пуромицина, циклогексамида, анизомицина и др.). Путем торможения синтеза нейроспецифических белков был обнаружен холинорецепторный белок. Блокада синтеза рецепторного белка приводит к нарушению фиксации энграммы.

К отличительным особенностям генома нервных клеток относится их исключительно высокий по сравнению с другими тканями уровень функционально активных (транскрибируемых) уникальных последовательностей ДНК. Характерным для нервных клеток является прогрессирующее увеличение в них (в течение индивидуальной жизни) числа открытых для синтеза уникальных ко-

31