У дома→Разни→Как работи паметта на човек е доста сложно. Как работи човешката памет?

Как работи паметта на човек е доста сложно. Как работи човешката памет?

Учените се опитват да подобрят човешката памет с електрически импулси

Цялата информация, която се съхранява „в главата“, се приема за даденост от нас. Всъщност обаче механизмът на паметта е толкова сложен, че учените не успяват да го разберат напълно. Въпреки това почти всяка година се правят нови открития.

Снимка fb.ru

Има стимул

Общо 200 електрода са имплантирани в мозъците на повече от двадесет пациенти с епилепсия (те са най-често наблюдаваните нарушения на паметта), учени от Университета на Пенсилвания са имплантирали общо 200 електрода. След това започнали да стимулират с електрически импулси центровете, отговарящи за паметта. В същото време всеки електрод работи и в режим на запис, регистрирайки до хиляда индикатора в секунда. Това помогна не само за проследяване на процеса, но и за разработване на индивидуален алгоритъм за „лечение“ за всеки пациент. Резултатът - запаметяването се подобрява с 15%. Докато учените са в самото начало на пътя. Крайната цел е да се разработи устройство, което условно да се нарече „мозъчен пейсмейкър“. Защо не?

Всеки е различен

Паметта е способността да се съхранява информация и също така да се възпроизвежда. Тя е присъща на всички същества, които имат нервна система, но всеки вид има свои собствени нюанси. Например, кишечнополостните - медузи и ктенофори - имат само прости сумиращи (краткотрайни) рефлекси. При членестоногите паметта е готова програма от реакции към условията на околната среда. Главоногите, птиците и бозайниците вече имат доста прилична памет. Но хората са надарени с най-съвършения механизъм на паметта. Освен това е „обвързан” с индивидуалните характеристики. Например още в детството може да се каже дали у детето преобладава запаметяването на образи, асоциативната или абстрактната памет. В този случай често недостатъците на един тип памет могат да бъдат компенсирани от други.

Толкова нервен...

Мозъкът съдържа 86 милиарда нервни клетки, които изпращат импулси чрез специални контакти - синапси. Японски учени въведоха най-малките светлинни частици в човешкия мозък и заснеха процеса на видео. Колкото по-интензивна е работата на мисълта (например при решаване на математически задачи), толкова по-активни стават невроните. Те се движеха все по-бързо и по-бързо в непрекъснат поток, напомняйки донякъде амебите (род микроскопични едноклетъчни протозои). Оказва се, че добре познатият израз „раздвижете мозъка си“ има пряко значение.

Самата памет може да бъде разделена на няколко типа. Първият е незабавен, който продължава няколко секунди. Обикновено вървите по улицата, оглеждате се и веднага забравяте какво сте видели, нали? Краткосрочната памет ни позволява да помним нещо в продължение на няколко часа. Но ако информацията е изключително полезна, тя отива в дългосрочна форма на памет, където се съхранява от няколко дни до цял живот.

Мислен гигант

Дългосрочната памет се формира приблизително 5-8 часа след получаване на важна информация. В този случай се образуват протеини със специална молекулярна структура и възниква отделна невронна мрежа. Когато е необходимо да се запомни нещо, материалът, „записан“ в различни точки на веригата, се извиква и след това се оформя в смислен сюжет.

Броят на невронните връзки се увеличава в процеса на израстване. И така, малко дете има неврони, но практически няма връзки между тях. Те започват да се появяват само в процеса на опознаване на света около нас. Ако сравним човешкия мозък с компютъра, той може да съхранява до 7 милиона мегабайта. Има много, но в историята не е известен нито един човек, който да достигне такива висоти на интелигентност (става дума за това как да запомните всички книги, налични в Националната библиотека).

С възрастта в мозъка настъпват естествени промени - броят на нервните клетки намалява, връзките отслабват. Можете да отложите този път. Всичко започва с правилния сън и хранене. Например бедната на протеини и витамини храна намалява способността за памет. А включването в диетата на храни, богати на магнезий, калций и глутаминова киселина, напротив, я подобрява. Лош ефект върху паметта и неактивен начин на живот. И, напротив, тя „харесва“ промяната на впечатленията, общуването с хората, дейностите на открито и спорта. Така се оказва, че бягането може да избяга не само от инфаркт, но и от склероза.

ЛЮБОПИТЕН

Американецът Ким Пийк, прототипът на главния герой от филма „Човекът от дъжда“, имаше феноменална памет. Той запаметяваше 98% от цялата информация, която четеше, като можеше едновременно да чете дясната страница с дясното си око, а с лявото око - лявата в разгъването на книгата. Но Ким е роден с краниоцеребрална херния, увреждане на малкия мозък и липса на corpus callosum (отделът, който свързва полукълбата на мозъка). Ясно е, че такива неща не водят до надареност. Въпреки това, както установиха учените, случаят с Ким Пийк е уникален - поради липсата на corpus callosum невроните създадоха нови връзки, което доведе до многократно увеличаване на паметта именно поради патологични структури.

КОМПЕТЕНТЕН

Владимир Кулчицки, академик, заместник-директор по научните изследвания в Института по физиология на Националната академия на науките:

Научните изследвания потвърждават, че пълноценният сън е необходим за нормалното функциониране на мозъка и особено на механизмите на човешката памет. В края на краищата, противно на общоприетото схващане за съня като спокоен мир, това е само едно от най-активните състояния на нашия мозък. Има много примери (по-специално Дмитрий Менделеев с неговата периодична таблица), когато насън учените идват с идеи за научни открития. Салвадор Дали заспа седнал, държейки тежък ключ в ръката си. Веднага щом хватката му се разхлаби, докато заспиваше, ключът се изплъзна и го събуди с рев. Художникът вярваше, че това му помага да извлече нови мисли и идеи за картини от граничното състояние между сън и бодърстване. И колко много легенди за пророчески сънища съществуват!

Чудили ли сте се защо малките деца под тригодишна възраст спят толкова много? Факт е, че през първите години от живота на детето пада такъв поток от разнообразна информация и впечатления, че мозъкът се нуждае от време, за да го обработи. За да може краткосрочната памет да се превърне в дългосрочна, трябва да се образуват нови междуневронни контакти, а тяхното формиране е най-добре по време на „сънливата активност“ на нервните клетки. Ако посочим процеса с прости думи, тогава има систематизиране (сякаш „подреждане по рафтовете“) на всичко, което ни се е случило по време на периода на будност. „Провежда“ тази част от мозъка, наречена хипокампус. Именно той е отговорен за това информацията да бъде не само изпратена на определен адрес, но и „архивирана“ в съответните отдели. Така че, в случай на неспазване на оптималния дневен режим (а обикновено човек трябва да спи най-малко седем часа), тези процеси се нарушават, възникват неуспехи. И тъй като грешките са склонни да се натрупват, това се отразява негативно на механизмите на паметта като цяло, а често и на човешкото здраве.

Има обаче примери за видни личности, за които се предполага, че се нуждаят от много малко време за сън. Например, смята се, че Наполеон Бонапарт е спал не повече от четири часа. Струва ми се обаче, че тези твърдения са верни само отчасти. Наистина, известно време човек може (поради житейски обстоятелства) да съществува в екстремен ритъм. Но е невъзможно да живеем така през цялото време - мозъкът просто не може да издържи на претоварването. Наблюденията показват, че такива хора (при цялата им гениалност) живеят много по-малко от останалите. И като правило те се отличават с нестабилна психика. Между другото, появиха се научни статии за връзката между липсата на сън и честотата на болестта на Алцхаймер.

И обратното, наблюденията на столетниците показват, че всички те се хранят правилно, спазват дневния режим и водят активен начин на живот.

човешка паметизключително икономичен. Ако запази всички дразнещи фактори и цялата информация, всички ежедневни малки неща, тогава най-вероятно мозъкът ще експлодира или поради прекомерно излагане на стимули ще станем неработоспособни.

Мозъкът диференцира и подбира нова информация, за да може да работи по-ефективно. И този избор мозъкът на всеки човек прави индивидуално. Паметта запазва само онези неща, на които придаваме особено значение и които съзнателно и емоционално обработваме. По този начин чувствата играят важна роля в процеса на съхраняване на информация в паметта.. За това отговаря т. нар. лимбична система, която според структурата на мозъка се намира непосредствено под кората на главния мозък. Лимбичната система, центърът на сетивата и мозъка, също включва хипокампуса „нов детектор“, който оценява входящата информация от емоционална гледна точка. Никаква нова информация, свързана с каквито и да било факти или биографични спомени, не навлиза в дългосрочната памет, без да премине през лимбичната система, която служи като филтър, търсейки само информацията, която е необходима, свързва я с чувства и след това я разпространява в мозъчната кора . Колкото по-често се случва този процес, толкова по-силен е емоционално оцветен, толкова по-бързо ще се научи тази информация и толкова по-дълго ще се съхранява в паметта.

Новостта, значението и интензивността на емоционалното оцветяване са решаващи фактори за това, което запазваме в паметта си. Силните емоционални събития се обработват по различен начин от незначителните, страничните факти се възприемат по-зле от личния опит. Неутралната информация, като обикновен учебен материал, трябва да се обработва съзнателно, да се повтаря, трансформира, допълва и просто да се запаметява. Принципът се прилага Първи влиза последен излиза“, което означава: това, което човек е научил първо, се помни най-добре. Свежата информация само след съзнателно обяснение може да се съхранява за дълго време в паметта.

По този начин изразът „да се предават знания“ е погрешен. Знанието не може да бъде напълно прехвърлено, а трябва да бъде вградено в паметта на всеки човек чрез собствената му система от нервни връзки. Гьоте каза една прекрасна фраза: "Трябва да получите знанията си, за да ги притежавате!".

Само защото мозъкът ни е много икономичен и има много филтри, обаче, не означава, че нашето голямо хранилище, нашата дългосрочна памет, може някога да бъде пълна. Кората на главния мозък има неразбираемо голямо количество памет. И колкото повече го насищаме, толкова по-бързо и по-добре мозъкът ни може да мисли и запомня нова информация.

Дъщеря ми отиде в първи клас и беше изправена пред факта, че правилата трябва да се наизустяват. В началото й беше много трудно. Дори ако можеше да повтори целия текст през първия час след запаметяването, част от информацията се губеше по-късно. И запомних тези правила наизуст от училище.

Тогава моят малък гений зададе напълно логичен и мъдър въпрос: „Защо не мога да си спомня правилото, което научих днес, а ти все още го знаеш?“. Не бързах да отговоря - реших да проуча теорията и да я сравня с житейския опит.

Започнах проучването си от основите. Какво е памет? Къде се съхранява човешката памет? Каква е структурата на паметта?

По дефиниция това е мисловен процес, състоящ се от следните компоненти: запомняне, съхранение, възпроизвеждане и забравяне.

Как работи паметта? Тя се формира през целия живот и съхранява нашия жизнен опит. Физически процесът може да се опише чрез появата на нови връзки между огромен брой мозъчни неврони.

Процесите в мозъка не са напълно разбрани и учените продължават изследванията в тази област на човешкото тяло.

Местоположението на човешката памет все още се обсъжда. Към днешна дата е доказано, че следните области на мозъка са отговорни за тази част от съзнанието: субкортикален хипокампус, хипоталамус, таламус и мозъчна кора.

Основните места за съхранение са хипокампусът и кората. Хипокампусът се намира в темпоралния лоб от двете страни на мозъка. На въпроса кое полукълбо е отговорно за паметта, можем спокойно да отговорим, че и двете, само десният лоб „контролира“ фактически и езикови данни, а левият лоб контролира хронологията на събитията в живота.

Появата на невронни връзки се дължи на работата на рецепторите на сетивните органи: зрение, вкус, мирис, допир и слух. Мозъкът улавя всички електрически импулси от тях и най-ярките моменти, които предизвикват силни емоции (например първата любов), се запомнят по-добре.

Така човешките емоции влияят на паметта.

Във всеки човек е възможно преобладаването на свойство на паметта чрез всеки сетивен орган.

Например, някои научават добре текста от учебника, когато четат, други са по-добре да чуят текста от друг човек, трети имат отлична памет за миризми и т.н.

Различни външни и вътрешни фактори влияят върху „качеството“ на нашата памет. Има много причини, които причиняват нарушения на този процес.

Вътрешните причини включват неправилно обработване на информация в следните области:

запаметяване - за да не се забравя информацията, трябва да работите с нея;
намеса - голямо количество нова информация води до забравяне на важна преди това придобита информация;
изтласкване - негативните спомени се забравят по-бързо;
изкривяване - запомнянето и възпроизвеждането на информация се извършва на фона на нашите чувства и емоции, следователно такава обработка прави данните субективни;
грешки при съхранение и възпроизвеждане - ако данните се запомнят с грешки или неточности, или не напълно, тогава тяхното възпроизвеждане ще бъде неправилно.

Достатъчни са и външни причини:

Генетични заболявания (например аутизъм).
Хормонални нарушения (включително захарен диабет, патология на щитовидната жлеза).
Депресивни или стресови състояния и заболявания (неврози, шизофрения).
Изтощение на тялото, причинено от преумора, безсъние, болест, неправилно хранене, алкохолизъм, тютюнопушене, прием на определени лекарства (например бензодиазепини).
Промени, свързани с възрастта (болест на Алцхаймер).

Особено пагубно, в допълнение към болестите и нараняванията, алкохолната зависимост засяга паметта. Известно е, че дори еднократната употреба на алкохол води до разстройства, а при алкохолизма се наблюдава разрушаване на невронните връзки в хипокампуса, нарушение на мозъчното кръвообращение и възникване на бери-бери.

Всичко това води до загуба на способността за усвояване на нова информация.

Острите състояния като инсулт и инфаркт също могат да причинят разрушаване на невронни връзки, като последствията могат да бъдат огромни, а възстановяването отнема много време, усилия и търпение. Понякога всички опити са неуспешни.

Хипокампусът съдържа вещество - ацетилхолин - отговорно за предаването на импулси от един неврон към друг. Недостигът му води до увреждане на паметта. Това явление се наблюдава особено в напреднала възраст и причинява болестта на Алцхаймер.

Структура

Дълго проучване на това как работи човешката памет доведе до създаването на подробна класификация. Един от критериите е продължителността на съхранение на информацията. Според него могат да се разграничат следните видове памет:

моментално (докосване);
краткосрочен;
оперативен;
дългосрочен.

Мигновеният се характеризира с факта, че информацията се фиксира от рецепторите на сетивните органи, но не може да бъде обработена. То от своя страна се дели на иконично (визуално възприятие) и ехоично (слухово възприятие).

Пример за емблематичен изглед - виждате банер с реклама и телефонен номер на улицата, след секунда няма да запомните този номер. Ехото може да се види и на рекламата, но не сте видели телефонния номер, а сте го чули по радиото. Незабавната памет ви позволява да съхранявате информация до 5 секунди.

Краткотрайността е следствие от еднократно възприемане и незабавно възпроизвеждане. Ако вземем пример с правилото за първи клас, когато дъщерята го чете сричка по сричка веднъж без повторение. Тя ще може да запази правилото в паметта за период от време от 5 секунди до една минута.

Хипокампусът е отговорен за краткосрочната памет. Доказателство е фактът, че когато хипокампусът е повреден (по време на операция, например), човек веднага забравя събитието, което току-що му се е случило, но помни информацията, натрупана преди увреждането.

Работната памет е същата като краткосрочната памет, но информацията се съхранява само в рамките на периода на нейното използване. Например, дъщерята прочете правилото и го използва, за да завърши упражнението от домашното, а след това забрави.

Този тип позволява на човек бързо да реши проблем тук и сега и да забрави по-късно ненужната информация.

Дългосрочно се съхранява в кората на главния мозък. Развива се едновременно с краткосрочното и е негово следствие. След многократно запаметяване и прилагане на информация, която е в рамките на краткосрочната памет, тя се фиксира в мозъка, а именно в мозъчната кора, за дълго време или дори за цял живот.

Това е пример, при който правило, научено в първи клас и прилагано през 11-годишното обучение, се помни завинаги. Дългосрочната памет изисква участието на всички ресурси на съзнанието: умствени, чувствени и интелектуални.

Само съзнателна и напълно значима информация може да заеме място в дългосрочната памет на човека.

Структурата на паметта е опростена, както следва: запомняне - съхранение - възпроизвеждане. При запаметяването се изграждат нови невронни връзки.

Благодарение на тези връзки ние запомняме (възпроизвеждаме) информация. Спомените могат да бъдат извлечени от дългосрочната памет самостоятелно или под въздействието на стимули върху определени части на мозъка (например хипноза).

Продължителността на съхранението на информация се влияе от вниманието на човек към последното. Колкото повече внимание е фокусирано, толкова по-дълго ще се съхранява информацията.

Забравянето също е неразделна част от паметта. Този процес е необходим за разтоварване на централната нервна система от ненужни спомени.

Заключение

Сега мога да отговоря на въпроса на дъщеря ми:

Паметта е процес от няколко отделни компонента. За да запомните информация, трябва да я разберете, да я повторите много пъти и периодично да я прилагате на практика. Това се дължи на определени свойства на мозъка и съответно наличието на няколко вида памет.
Важно е да знаете къде се съхранява паметта, за да разберете от какво зависи запомнянето на правилото. Намира се в мозъка с голям брой неврони. За да се фиксира информация в кората на главния мозък, е необходимо да се създадат силни невронни връзки.
Знаейки как работи паметта, това ще ви помогне да я развиете и да се насладите на този процес.

Тази част от съзнанието е свързана със сетивата, така че можете да наблюдавате как текстът се запомня по-добре: при четене или на ухо.

Процесът на запаметяване също е свързан с интелекта: колкото повече и по-добре учим, толкова по-лесно ще бъде запомнянето по-късно.

Успешното запаметяване е свързано с психическото състояние на човек: депресивното настроение може да попречи на процеса; колкото повече положителни емоции, интерес проявява човек към информацията, толкова по-внимателно я изучава и толкова по-добре я запомня.

Така че е важно да имате положителна нагласа. За децата можете да създадете условия играта да привлече вниманието.

Нуждата от развитие

Устройството на човешката памет предполага връзка с интелекта. Развивайки го, ние развиваме интелекта.

Човек, който отделя много време за запаметяване и разбиране, става по-внимателен и организиран, развива всички видове мислене, въображение и креативност. В допълнение, подобно обучение на мозъка предотвратява свързаните с възрастта заболявания, свързани с увреждане на паметта.

В зависимост от целите на обучението за запаметяване има три области на използване:

Домакинско направление - необходимо за премахване на забравата на ниво домакинство (например периодично забравяне на телефона у дома).
Естествен - когато тренировката на паметта се комбинира със здравословен начин на живот и резултатите могат да се използват във всяка сфера на човешката дейност.
Изкуствено е използването на мнемоника, чието развитие ви позволява да запомните колосални количества разнообразна информация.

Няма значение кой метод избирате, но ако поне един от тях се изучава, това вече ще бъде стъпка към самоусъвършенстване и възможност да отидете по-далеч. Тези безценни умения несъмнено ще ви бъдат полезни във всяка сфера на живота, правейки ви успешни и щастливи.

Загадката на човешката памет е един от основните научни проблеми на 21-ви век и ще трябва да бъде разрешена с общите усилия на химици, физици, биолози, физиолози, математици и представители на други научни дисциплини. И въпреки че все още сме далеч от пълното разбиране какво се случва с нас, когато си „помним“, „забравяме“ и „си спомняме отново“, важни открития от последните години сочат правилния път.

Един от основните проблеми на неврофизиологията е невъзможността да се провеждат експерименти върху хора. Но дори и при примитивните животни основните механизми на паметта са подобни на нашите.

Павел Балабан

Днес дори отговорът на основния въпрос – какво е паметта във времето и пространството – може да се състои предимно от хипотези и предположения. Ако говорим за пространство, все още не е много ясно как е организирана паметта и къде точно в мозъка се намира. Тези науки предполагат, че неговите елементи присъстват навсякъде, във всяка една от областите на нашето „сиво вещество“. Освен това привидно една и съща информация може да бъде записана в паметта на различни места.

Установено е например, че пространствената памет (когато си спомняме за първи път определена среда – стая, улица, пейзаж) е свързана с област от мозъка, наречена хипокампус. Когато се опитаме да извадим тази ситуация от паметта, да речем, десет години по-късно, тази памет вече ще бъде извлечена от съвсем различна област. Да, паметта може да се движи в мозъка и тази теза е най-добре илюстрирана от експеримент, проведен някога с пилета. В живота на новоизлюпените пиленца импринтингът играе голяма роля – мигновеното учене (и поставянето в паметта е учене). Например, пиле вижда голям движещ се обект и веднага „отпечатва“ в мозъка: това е пилешка майка, трябва да я следвате. Но ако след пет дни частта от мозъка, отговорна за отпечатването, бъде премахната от пилето, се оказва, че... запомненото умение не е изчезнало. Той се премести в друга област и това доказва, че има едно хранилище за незабавни резултати от обучението и друго за дългосрочно съхранение.

Спомняме си с удоволствие

Но още по-изненадващо е, че няма такава ясна последователност на преместване на паметта от оперативна към постоянна, както се случва в компютъра, в мозъка. Работната памет, фиксирайки непосредствените усещания, едновременно задейства други механизми на паметта - средносрочни и дългосрочни. Но мозъкът е енергоемка система и затова се опитва да оптимизира изразходването на своите ресурси, включително паметта. Следователно природата е създала многостепенна система. Работната памет се формира бързо и също толкова бързо се унищожава - за това има специален механизъм. Но наистина важните събития се записват за дългосрочно съхранение, докато тяхната важност се подчертава от емоция, отношение към информацията. На ниво физиология емоцията е активиране на най-мощните биохимични модулиращи системи. Тези системи отделят хормони-медиатори, които променят биохимията на паметта в правилната посока. Сред тях например са различни хормони на удоволствието, чиито имена напомнят не толкова за неврофизиологията, колкото за криминалната хроника: това са морфини, опиоиди, канабиноиди - тоест наркотични вещества, произвеждани от нашия организъм. По-специално, ендоканабиноидите се генерират директно в синапсите, кръстовищата на нервните клетки. Те влияят на ефективността на тези контакти и по този начин "насърчават" записването на тази или онази информация в паметта. Други вещества от броя на медиаторните хормони могат, напротив, да потиснат процеса на преместване на данни от работната памет в дългосрочната памет.

Сега активно се изучават механизмите на емоционалното, т.е. биохимичното укрепване на паметта. Единственият проблем е, че лабораторни изследвания от този вид могат да се извършват само върху животни, но колко може да ни каже лабораторният плъх за емоциите си?

Ако сме съхранили нещо в паметта, тогава понякога идва моментът да запомним тази информация, тоест да я извлечем от паметта. Но правилна ли е думата "екстракт"? Явно не много. Изглежда, че механизмите на паметта не извличат информация, а я генерират отново. В тези механизми няма информация, както няма глас или музика в хардуера на радиоприемника. Но всичко е ясно с приемника - той обработва и преобразува електромагнитния сигнал, получен от антената. Какъв вид "сигнал" се обработва при извличане на паметта, къде и как се съхраняват тези данни, все още е много трудно да се каже. Но вече е известно, че при запомняне паметта се пренаписва, модифицира или поне това се случва при някои видове памет.

Не електричество, а химия

В търсене на отговор на въпроса как паметта може да бъде модифицирана или дори изтрита, през последните години бяха направени важни открития и се появиха редица работи, посветени на „молекулата на паметта“.

Всъщност те се опитват да изолират такава молекула или поне някакъв материален носител на мисъл и памет от двеста години, но без особен успех. В крайна сметка неврофизиолозите стигнаха до извода, че в мозъка няма нищо специфично за паметта: има 100 милиарда неврони, има 10 квадрилиона връзки между тях и някъде, в този космически мащаб, паметта, мислите и поведението са равномерно кодирани. Бяха направени опити да се блокират определени химикали в мозъка и това доведе до промяна в паметта, но и до промяна в цялостното функциониране на тялото. Едва през 2006 г. се появиха първите разработки за биохимичната система, която изглежда много специфична за паметта. Нейната блокада не е причинила никакви промени в поведението или способността за учене - само загуба на част от паметта. Например спомен за ситуацията, ако блокерът е въведен в хипокампуса. Или за емоционален шок, ако блокерът е инжектиран в амигдалата. Откритата биохимична система е протеин, ензим, наречен протеин киназа M-zeta, който контролира други протеини.

Молекулата работи на мястото на синаптичен контакт - контактът между мозъчните неврони. Тук е необходимо да направим едно важно отклонение и да обясним спецификата на същите тези контакти. Мозъкът често се оприличава на компютър и затова много хора смятат, че връзките между невроните, които създават всичко, което наричаме мислене и памет, са чисто електрически по природа. Но не е. Езикът на синапсите е химията, тук някои освободени молекули, като ключ с ключалка, взаимодействат с други молекули (рецептори) и едва тогава започват електрически процеси. Колко специфични рецептори ще бъдат доставени през нервната клетка до мястото на контакт зависи от ефективността, по-голямата пропускателна способност на синапса.

Протеин със специални свойства

Протеин киназата M-zeta просто контролира доставката на рецептори през синапса и по този начин повишава нейната ефективност. Когато тези молекули се активират едновременно в десетки хиляди синапси, сигналите се пренасочват и общите свойства на определена мрежа от неврони се променят. Всичко това ни казва малко за това как промените в паметта са кодирани при това пренасочване, но едно нещо е известно със сигурност: ако протеин киназата M-zeta бъде блокирана, паметта ще бъде изтрита, защото химическите връзки, които я осигуряват, няма да работят. Новооткритата "молекула" на паметта има редица интересни характеристики.

Първо, той е способен на самовъзпроизвеждане. Ако в резултат на обучение (т.е. получаване на нова информация) определено количество протеин киназа M-zeta се образува в синапса, тогава това количество може да остане там за много дълго време, въпреки факта, че тази протеинова молекула разлага се за три до четири дни. По някакъв начин молекулата мобилизира ресурсите на клетката и осигурява синтеза и доставянето на нови молекули до мястото на синаптичен контакт, за да замени тези, които са напуснали.

Второ, една от най-интересните характеристики на M-zeta протеин киназата е нейното блокиране. Когато изследователите трябваше да получат вещество за експерименти за блокиране на "молекулата" на паметта, те просто "прочетоха" частта от нейния ген, в която е кодиран нейният собствен пептиден блокер, и го синтезираха. Този блокер обаче никога не се произвежда от самата клетка и с каква цел еволюцията е оставила своя код в генома не е ясно.

Третата важна характеристика на молекулата е, че както тя, така и нейният блокер имат почти идентичен външен вид за всички живи същества с нервна система. Това показва, че под формата на протеин киназа M-zeta имаме работа с най-древния адаптивен механизъм, върху който е изградена и човешката памет.

Разбира се, протеин киназата M-zeta не е "молекула на паметта" в смисъла, в който учените от миналото се надяваха да я намерят. Той не е материален носител на запомнена информация, но очевидно действа като ключов регулатор на ефективността на връзките в мозъка, инициира появата на нови конфигурации в резултат на обучението.

Влезте в контакт

Сега експериментите с блокера на протеин киназата M-zeta са в известен смисъл „стрелба на квадратите“. Веществото се инжектира в определени зони на мозъка на експериментални животни с много тънка игла и по този начин изключва паметта веднага на големи функционални блокове. Границите на проникване на блокера не винаги са ясни, както и концентрацията му в зоната на мястото, избрано като цел. В резултат на това не всички експерименти в тази област дават недвусмислени резултати.

Истинското разбиране на процесите, протичащи в паметта, може да се получи чрез работа на ниво отделни синапси, но това изисква целенасочено доставяне на блокера до контакта между невроните. Днес това е невъзможно, но тъй като подобна задача стои пред науката, рано или късно ще се появят инструменти за нейното решаване. Специални надежди се възлагат на оптогенетиката. Установено е, че клетка, в която чрез методите на генното инженерство е вградена възможност за синтезиране на светлочувствителен протеин, може да се управлява с помощта на лазерен лъч. И ако подобни манипулации на ниво живи организми все още не се извършват, нещо подобно вече се прави на базата на отгледани клетъчни култури и резултатите са много впечатляващи.

Невролозите от Канада и Съединените щати са установили, че не всички нервни клетки, които получават необходимата за това информация, участват в запаметяването на прости умения, а само около една четвърт от тях. Кои неврони участват във формирането на дългосрочната памет зависи от концентрацията на регулаторния протеин CREB в клетъчното ядро. Ако изкуствено увеличите концентрацията на CREB в някои неврони, те са тези, които ще запомнят. Ако блокирате CREB в някои неврони, други нервни клетки ще поемат ролята на клетки на паметта.

Едно от най-блестящите постижения на невронауката през 20 век е дешифрирането на молекулярните механизми на паметта. Нобеловият лауреат Ерик Кандел и колегите му успяха да покажат, че за формирането на истинска памет - както краткосрочна, така и дългосрочна - са достатъчни само три неврона, свързани по определен начин.

Паметта е изследвана на примера на образуването на условен рефлекс при гигантски мекотело, морския заек Aplysia. Мекотелото беше внимателно докоснато от сифона и веднага след това опашката беше силно ударена. След такава процедура мекотелото реагира известно време на леко докосване на сифона с бурна защитна реакция, но скоро забравя всичко (краткосрочна памет). Ако "обучението" се повтори няколко пъти, се формира устойчив условен рефлекс (дългосрочна памет).

Оказа се, че процесът на учене и запаметяване няма нищо общо с някакви висши, идеални или духовни материи, а напълно се обяснява с доста прости и напълно автоматични събития на ниво отделни неврони. Целият процес може да бъде напълно възпроизведен върху най-простата система от три изолирани нервни клетки. Един неврон (сензорен) получава сигнал от сифона (в този случай се усеща леко докосване). Сетивният неврон изпраща импулс към моторния неврон, който от своя страна кара мускулите, участващи в защитната реакция, да се свиват (Aplysia прибира хрилете и хвърля част от червено мастило във водата). Информацията за удара в опашката идва от третия неврон, който в случая играе ролята на модулатор. Нервен импулс от един неврон към друг се предава чрез освобождаване на сигнални вещества (невротрансмитери). Точките на междуневронни контакти, в които се освобождава невротрансмитерът, се наричат синапси.

Ерик Кандел спечели Нобелова награда за тази снимка. Това показва как се формират краткосрочната и дългосрочната памет в най-простата система от три неврона.

Фигурата показва два синапса. Първият служи за предаване на импулс от сетивен неврон към двигателен. Вторият синапс предава импулс от модулиращия неврон към края на сетивния. Ако в момента на докосване на сифона модулиращият неврон е "мълчалив" (опашката не е удряна), в синапс 1 се освобождава малко невротрансмитер и двигателният неврон не се възбужда.

Въпреки това, удрянето на опашката води до освобождаване на невротрансмитер в синапс 2, което причинява важни промени в поведението на синапс 1. Сигналното вещество cAMP (цикличен аденозин монофосфат) се произвежда в края на сензорния неврон. Това вещество активира регулаторния протеин - протеин киназа А. Протеин киназа А от своя страна активира други протеини, което в крайна сметка води до факта, че синапс 1, когато сетивният неврон е възбуден (т.е. в отговор на докосване на сифона), започва да освобождава повече невротрансмитер и моторният неврон се задейства. Това е, което е краткотрайна памет: докато има много активна протеин киназа А в края на сензорния неврон, предаването на сигнала от сифона към мускулите на хрилете и мастилената торбичка е по-ефективно.

Ако докосването на сифона е придружено от удар по опашката много пъти подред, протеин киназа А става толкова изобилна, че прониква в ядрото на сензорния неврон. Това води до активиране на друг регулаторен протеин, транскрипционния фактор CREB. Протеинът CREB „включва“ редица гени, които в крайна сметка причиняват растеж на синапс 1 (както е показано) или причиняват растеж на допълнителни процеси в края на сензорния неврон, които образуват нови синаптични контакти с моторния неврон. И в двата случая ефектът е един и същ: сега дори леко възбуждане на сетивния неврон е достатъчно, за да възбуди двигателния неврон. Това е, което е дългосрочна памет. Остава да се добави, че както показаха по-нататъшни изследвания, при висшите животни и при вас и мен паметта се основава на същите принципи, както при Апликия.

След това необходимо въведение можете да преминете към историята за това какво всъщност са открили канадските и американските невролози. Те изследвали образуването на условни рефлекси, свързани със страха, при лабораторни мишки. Най-простите рефлекси от този вид се формират в латералната амигдала (ЛА) - много малка част от мозъка, отговорна за реакциите на тялото към всякакви плашещи стимули. Мишките са научени, че след като чуят определен звук, те се шокират. В отговор на токов удар, мишката замръзва: това е стандартна реакция на уплаха. Мишките са умни животни, те могат да бъдат научени на много, а условните им рефлекси се формират бързо. Обучените мишки замръзват, щом чуят звук, предвещаващ опасност.

Учените са установили, че сигналът от невроните, които възприемат звука, достига до около 70% от невроните в латералната амигдала. Въпреки това, промените, свързани с формирането на дългосрочна памет (растеж на нови нервни окончания и т.н.) при обучени мишки се появяват само в една четвърт от тези неврони (приблизително 18% от LA невроните).

Учените предполагат, че съществува вид конкуренция между невроните на LA, потенциално способни да участват във формирането на дългосрочна памет, за правото да растат нови синапси и вероятността за „успех“ на един или друг неврон зависи от концентрация на протеина CREB в ядрото му. За да се тества това предположение, мишките бяха микроинжектирани с изкуствени вируси, които не са способни да се възпроизвеждат, но способни да произведат пълен протеин CREB или неговия нефункционален аналог CREB S133A. Гените и за двата протеина, вмъкнати в генома на вируса, са "пришити" към гена за зеления флуоресцентен протеин на медузата. В резултат на това ядрата на тези LA неврони, в които вирусът влезе, започнаха да светят в зелено.

Оказа се, че в резултат на микроинжектиране вирусът прониква в приблизително същия брой неврони на LA, колкото участва в образуването на условния рефлекс. Това съвпадение се оказа доста удобно.

Освен нормални мишки, в експериментите са използвани мишки мутанти, при които генът CREB не работи. Такива мишки са напълно лишени от способността да учат, те не могат да запомнят нищо. Оказа се, че въвеждането на CREB-продуциращ вирус в LA на такива мишки напълно възстановява способността за формиране на условен рефлекс. Но може би увеличаването на концентрацията на CREB в някои LA неврони просто засилва реакцията на „замръзване“?

За да се тества това, бяха поставени експерименти с по-сложно обучение, при което мишката трябваше да „осъществи“ връзката между звука и електрическия шок не пряко, а индиректно, като за това беше необходимо да запомни специфичния контекст, в който обучението се проведе. За това не е достатъчна работата само на ЛА, а е необходимо участието и на хипокампуса. В тази ситуация мутантните мишки не могат да научат нищо, тъй като в хипокампуса им не са инжектирани вируси. Следователно концентрацията на CREB влияе върху паметта, а не върху склонността към замръзване.

С помощта на поредица от допълнителни експерименти беше възможно да се докаже, че точно онези неврони на LA, които са били заразени с вируса, участват в запаметяването при мутантни мишки. Въвеждането на вируса в LA на здрави мишки не повлиява способността им за учене. Въпреки това, както в случая с мутантните мишки, точно онези неврони на LA, в които вирусът е влязъл, са участвали в запаметяването.

Друг вирус, който произвежда CREB S133A, лишава заразените неврони от способността да запомнят, тоест да растат нови окончания. Учените предполагат, че въвеждането на този вирус в LA на здрави мишки не трябва обаче да намалява способността им за учене, тъй като вирусът заразява само около 20% от невроните на LA, а други, незаразени неврони ще поемат ролята на „запомнящи ". И така се оказа. Мишките тренираха нормално, но сред невроните, които участваха в запаметяването, практически нямаше заразени (т.е. светеща зелена светлина).

Учените проведоха редица по-сложни експерименти, които позволиха да се изключат всички други обяснения, с изключение на едно - това, което отговаряше на първоначалното им предположение.

По този начин не всички неврони, които получават необходимата за това информация (в този случай „сензорна“ информация за звука и „модулираща“ информация за електрически удар), участват в запаметяването. Само определена част от тези неврони, а именно тези с повече CREB протеин в ядрата си, поемат почетната роля на паметови. Това като цяло е логично, тъй като високата концентрация на CREB в ядрото просто прави такива неврони най-„предразположени“ към бързия растеж на нови окончания.

Това, което остава неясно, е механизмът, чрез който другите неврони знаят, че работата вече е свършена, победителите са посочени и самите те вече не трябва да отглеждат нищо за себе си.

Този механизъм може да бъде доста прост. Напълно подобна регулаторна система е известна при нишковидните цианобактерии, чиито нишки се състоят от два вида клетки: обикновени, участващи във фотосинтезата, и специализирани "хетероцисти", ангажирани с фиксация на атмосферен азот. Системата работи много просто: когато в обществото липсва азот, фотосинтетичните клетки започват да се превръщат в хетероцисти. Процесът е обратим до определен момент. Клетките, които са отишли достатъчно далеч по този път, започват да отделят сигнализиращо вещество, което не позволява на съседните клетки да се превърнат в хетероцисти. Резултатът е нишка с определено точно съотношение на обикновени клетки и хетероцисти (например 1:20), като хетероцистите са разположени приблизително на еднакво разстояние една от друга.

Според мен не е съвсем правилно да се наричат такива регулаторни механизми „конкуренция“, както правят авторите на статията, акцентът тук трябва да е различен. Невронът не получава никаква лична полза от факта, че именно той ще участва в запаметяването. Според мен тук е по-уместно да говорим не за конкуренция, а за самото реално сътрудничество.

По материали: Jin-Hee Han, Steven A. Kushner, Adelaide P. Yiu, Christy J. Cole, Anna Matynia, Robert A. Brown, Rachael L. Neve, John F. Guzowski, Alcino J. Silva, Sheena A. Josselyn. Невронна конкуренция и селекция по време на формирането на паметта 2007. V. 316. P. 457–460.