34. Нейронные механизмы пластичности. Пластичные и непластичные синапсы. «Синапс Хебба». Пре- и постсинаптическая пластичность. Участие генома в формировании следа памяти.

Пластичность мозга - основа ЭЭГ-тренинга (гипотеза Отмера).

Пластичность является фундаментальным свойством нервной клетки и нервной системы в целом. Она проявляется в относительно устойчивых изменениях реакции нейрона и во внутриклеточных его преобразованиях в ответ на приходящие к нему по нейронной сети нейромодуляторы, обеспечивающие изменение эффективности и направленности межнейронных связей.

Свойство пластичности нейрона лежит в основе процессов научения и памяти целостного организма, проявляющихся и на поведенческом уровне (реабилитация нервной системы после нарушения может быть сравнима с обучением).

Отмер рассматривает пластичность мозга как отнощение в парадигме структура - функция. По его мнению, пластичность-это и структура и функция одновременно. Благодаря пластичности, происходят изменения в нейронных связях и можно говорить об изменении их функционирования. Когда эти изменения произойдут, то они уже закреплены в структуре.

Таким образом функция закрепляется в структуре. Здесь упор делается на новое отрастание дендритов и пластичность рассматривается как долговременные изменения в мозговых структурах, исторически считавшихся устойчивыми.

Все биохимические и молекулярные преобразования, вызываемые обучением (или ЭЭГ-тренингом, который рассматривается в рамках обучения), в конечном счете ведут к синаптической реорганизации - увеличению размеров и количества активно работающих синапсов.

В настоящее время имеются две гипотезы относительно изменения синаптических контактов под влиянием обучения:

• функциональная - обучение не меняет количество синапсов, но увеличивает отношение активных синапсов к пассивным;

структурная - обучение стимулирует образование новых контактов между нейронами, которые создаются заново.

Хиден изучал роль РНК в процессах памяти и положил начало исследованию кодирования приобретаемого навыка последовательностью нуклеотидов РНК. Смотрел на моторное научение у крыс и кроликов: освоение нового поведения сопровождается ростом синтеза РНК и белков. Предполагалось, что последующий синтез белка на матрице «обученной» РНК сохраняет приобретенную информацию («запоминающие белки»). Эта гипотеза НЕ получила подтверждения.

Жакоб и Моно выделили помимо структурных генов, хранящих информацию об организме, особые регуляторные белки, которые регулируют экспрессию генов.

Двухфазная модель синтеза белков как основа долговременной памяти Глассмана. На основе предшествующих исследований он описал цепь молекулярных событий, определяющих долговременное хранение информации: белок1→РНК→белок2. Первый активирует гены, кодирующие РНК, определяющую синтез белка2, который участвует в консолидации (объединении) памяти. Это подтвердилось экспериментально. Существуют две волны активации синтеза белков: 1) непосредственно после тренировки 2) через 6-8 часов=> две стадии формирования ДП требуют разных белков: регуляторных и эффекторных_соответственно. Первая фаза активации соответствует индукции специфических регуляторных генов (ранние гены, РГ), вторая фаза – экспрессии морфорегуляторных генов (поздние гены, ПГ). Обучение→РГ→ПГ→ДП

Проблема селективности процесса обучения. Греченко, Соколов предположили, что мембрана нейрона проецируется на геном. Продукты реакций отдельных локусов мембраны, вызванные сигналом в виде белка-регулятора, стимулируют эксперессию или репрессию генома. Белок-регулятор транспортируется в ядро с помощью специального белка, содержащего метку активированного участка мембраны. После экспрессии генов и синтеза соответствующего белка с помощью мРНК белок транспортируется к тому участку мембраны, который был закодирован белком-меткой. Эта схема предполагает, что механизм экспрессии генов используется избирательно для изменения проводимости через селективные синапсы.

Балтимор, Темин и Мицутани открыли фермент обратной транскриптазы, который способствует синтезу ДНК на основе информации, содержащейся в РНК. Так было открыто явление обратной транскрипции – передача информации в обратном направлении, от РНК к ДНК. Опыты показали, что у быстро обучающихся животных активность обратной транскрипции в два раза выше, чем у медленно обучающихся. Открытие обратной транскрипции позволяет предположить, что существует процесс интеграции новых ДНК в геном, что может обеспечивать усиленный синтез клеточных структур, необходимых для сохранения новых нейронных связей.

Успешность обучения зависит от сохранности набора генов, обеспечивающих обучение, а ген сенситизации один из тех, кто управляет процессом обучения.

Ранние гены, впервые были обнаружены при изучении влияния фактора роста на нейроны в культуре ткани. Свойствами напоминают «непосредственно ранние гены» бактериофагов, и эукариотических ДНК вирусов. Эти быстро активирующиеся гены были названы «Генами первичного ответа, Генами раннего ответа, Генами компетентности».Продукты ранних генов – регуляторные белки. Ранние гены контролируют транскрипцию поздних генов. Они влияют на регуляторные элементы поздних генов, в их промоторных областях, которые служат рецепторами для продуктов ранних генов.

Экспрессия ранних генов (ЭРГ) возникает на ранней стадии обучения и исчезает с автоматизацией навыка. Чем труднее идёт обучение, тем сильнее выражена их экспрессия. ЭРГ стимулируется не только ситуацией обучения, но и помещением животного в новую сенсорно-обогащённую среду, а также отмены ожидаемого отрицательного подкрепления.

Поздние гены – морфорегуляторные гены. Долговременная память формируется после экспрессии поздних генов, которая в свою очередь вызывается воздействием на них ранних генов. Они определяют вторую фазу активации синтеза РНК и белков, что ведёт к росту и/или изменения клеточных связей в мозге.

Связь памяти и восприятия. Восприятие – переработка информации. Чем глубже переработка информации, тем лучше запоминание.