Hur en persons minne fungerar är nästan komplicerat. Hur fungerar det mänskliga minnet?

Forskare försöker förbättra mänskligt minne med elektriska impulser

All information som lagras "i huvudet" tas för given av oss. Men i själva verket är minnesmekanismen så komplex att forskare misslyckas med att helt förstå den. Ändå görs nya upptäckter nästan varje år.

Foto fb.ru

Totalt 200 elektroder implanterades i hjärnan på mer än tjugo patienter med epilepsi (de är de vanligaste minnesstörningarna), forskare vid University of Pennsylvania implanterade totalt 200 elektroder. Sedan började man stimulera de centra som ansvarar för minnet med elektriska impulser. Samtidigt fungerade varje elektrod också i inspelningsläget och registrerade upp till tusen indikatorer per sekund. Detta hjälpte inte bara att spåra processen, utan också att utveckla en individuell "behandlings"-algoritm för varje patient. Resultatet - memorering förbättrades med 15%. Medan forskare är i början av vägen. Det slutliga målet är att utveckla en enhet som villkorligt kan kallas en "hjärnpacemaker". Varför inte?

Alla är olika

Minne är förmågan att lagra information och även reproducera den. Det är inneboende i alla varelser som har ett nervsystem, men varje art har sina egna nyanser. Till exempel har coelenterater - maneter och ctenoforer - bara enkla summeringsreflexer (kortsiktiga). Hos leddjur är minnet ett färdigt program för reaktioner på miljöförhållanden. Bläckfiskar, fåglar och däggdjur har redan ganska anständiga minnesförmåga. Men människor är utrustade med den mest perfekta minnesmekanismen. Dessutom är den "bunden" till individuella egenskaper. Redan i barndomen kan man till exempel säga om barnets memorering av bilder, associativt eller abstrakt minne dominerar. I det här fallet kan bristerna i en typ av minne ofta kompenseras av andra.

Så nervös...

Hjärnan innehåller 86 miljarder nervceller som skickar impulser genom speciella kontakter – synapser. Japanska forskare introducerade de minsta ljuspartiklarna i den mänskliga hjärnan och filmade processen på video. Ju mer intensivt tankearbetet blev (till exempel när man löser matematiska problem), desto mer aktiva blev nervcellerna. De rörde sig snabbare och snabbare i en kontinuerlig ström, något som påminde om amöbor (ett släkte av mikroskopiska encelliga protozoer). Det visar sig att det välkända uttrycket "flytta dina hjärnor" har en direkt betydelse.

Själva minnet kan delas in i flera typer. Den första är omedelbar, som varar några sekunder. Vanligtvis går man nerför gatan, ser sig omkring och glömmer genast vad man såg, eller hur? Korttidsminnet gör att vi kan komma ihåg något i flera timmar. Men om informationen är extremt användbar går den in i en långtidsform av minne, där den lagras från flera dagar till en livstid.

Tänkte jätte

Långtidsminnet bildas cirka 5-8 timmar efter mottagandet av viktig information. I det här fallet bildas proteiner med en speciell molekylstruktur, och ett separat neuralt nätverk uppstår. När det är nödvändigt att komma ihåg något, kallas materialet "inspelat" på olika punkter i kedjan och sedan formas det till en meningsfull handling.

Antalet neurala kopplingar ökar under uppväxten. Så ett litet barn har neuroner, men det finns praktiskt taget inga kopplingar mellan dem. De börjar dyka upp först i processen att känna till världen omkring oss. Om vi ​​jämför den mänskliga hjärnan med en dator kan den lagra upp till 7 miljoner megabyte. Det finns många, men inte en enda person i historien är känd som faktiskt skulle nå sådana höjder av intelligens (det här handlar om hur man memorerar alla böcker som finns i Nationalbiblioteket).

Med åldern sker naturliga förändringar i hjärnan - antalet nervceller minskar, anslutningarna försvagas. Du kan skjuta upp den här tiden. Allt börjar med ordentlig sömn och näring. Till exempel minskar mat som är fattig på proteiner och vitaminer minnesförmågan. Och införandet i kosten av livsmedel rika på magnesium, kalcium och glutaminsyra, tvärtom, förbättrar det. Dålig effekt på minnet och inaktiv livsstil. Och tvärtom, hon "gillar" en förändring av intryck, kommunikation med människor, utomhusaktiviteter och sport. Så det visar sig att löpning kan springa iväg inte bara från en hjärtinfarkt, utan också från skleros.

NYFIKEN

Amerikanen Kim Peak, prototypen för huvudpersonen i filmen "Rain Man", hade ett fenomenalt minne. Han memorerade 98 % av all information han läste, och han kunde samtidigt läsa den högra sidan med sitt högra öga och med sitt vänstra öga den vänstra i bokens uppslag. Men Kim föddes med ett kraniocerebralt bråck, skador på lillhjärnan och frånvaron av corpus callosum (avdelningen som förbinder hjärnhalvorna). Det är klart att sådant inte leder till begåvning. Men som forskarna upptäckte är fallet med Kim Peak unikt - på grund av frånvaron av corpus callosum skapade neuroner nya kopplingar, vilket ledde till en multipel ökning av minnet just på grund av patologiska strukturer.

BEHÖRIG

Vladimir Kulchitsky, akademiker, biträdande forskningsdirektör vid Institutet för fysiologi vid National Academy of Sciences:

Vetenskapliga studier bekräftar att ordentlig sömn är nödvändig för att hjärnan ska fungera normalt och särskilt för de mänskliga minnesmekanismerna. Trots allt, i motsats till vad många tror om sömn som en fridfull frid, är detta bara ett av de mest aktiva tillstånden i vår hjärna. Det finns många exempel (särskilt Dmitry Mendeleev med sitt periodiska system) när det var i en dröm som forskare kom med idéerna om vetenskapliga upptäckter. Salvador Dali somnade sittande med en tung nyckel i handen. Så fort hans grepp lossnade när han somnade gled nyckeln ut och väckte honom med ett vrål. Konstnären trodde att detta hjälper honom att dra nya tankar och idéer för målningar från gränstillståndet mellan sömn och vakenhet. Och hur många legender om profetiska drömmar finns det!

Har du någonsin undrat varför små barn under tre år sover så mycket? Faktum är att under de första åren av livet faller en sådan ström av olika information och intryck på barnet att hjärnan behöver tid för att bearbeta den. För att korttidsminnet ska förvandlas till långtidsminne måste nya internuronala kontakter bildas, och deras bildande görs bäst under nervcellernas "sömniga aktivitet". Om vi ​​uttrycker processen i enkla ordalag, så finns det en systematisering (som om vi "sorterade på hyllorna") av allt som hände oss under vakenhetsperioden. "Leder" denna del av hjärnan som kallas hippocampus. Det är han som ansvarar för att informationen inte bara skickas till en specifik adress, utan även ”arkiveras” på berörda avdelningar. Så i händelse av att den optimala dagliga regimen inte följs (och normalt ska den genomsnittliga personen sova i minst sju timmar), dessa processer kränks, misslyckanden inträffar. Och eftersom fel tenderar att ackumuleras, påverkar detta negativt minnesmekanismerna i allmänhet, och ofta på människors hälsa.

Det finns dock exempel på framstående personligheter som förmodligen behövde mycket lite tid för att sova. Till exempel tror man att Napoleon Bonaparte inte sov mer än fyra timmar. Det förefaller mig dock som om dessa påståenden endast delvis är sanna. I själva verket kan en person under en tid (på grund av livsförhållanden) existera i en extrem rytm. Men det är omöjligt att leva så här hela tiden – hjärnan klarar helt enkelt inte överbelastningen. Observationer visar att sådana människor (för alla deras genialitet) lever mycket mindre än andra. Och som regel kännetecknas de av ett instabilt psyke. Det har förresten dykt upp vetenskapliga artiklar om sambandet mellan sömnbrist och förekomsten av Alzheimers sjukdom.

Och vice versa, observationer av hundraåringar visar att de alla äter rätt, observerar den dagliga rutinen och leder en aktiv livsstil.

mänskligt minne extremt ekonomiskt. Om den behöll alla irriterande faktorer och all information, alla dagliga småsaker, så skulle hjärnan med största sannolikhet explodera eller, på grund av överdriven exponering för stimuli, skulle vi bli oförmögna.

Hjärnan differentierar och väljer ut ny information för att kunna arbeta mer effektivt. Och detta val gör varje persons hjärna individuellt. Minnet behåller bara de saker som vi lägger särskild vikt vid och som vi medvetet och känslomässigt bearbetar. Sålunda spelar känslor en betydande roll i processen att lagra information i minnet.. Det så kallade limbiska systemet är ansvarigt för detta, som enligt hjärnans struktur ligger direkt under hjärnbarken. Det limbiska systemet, sinnenas och hjärnans centrum, inkluderar också den "nya detektorn" hippocampus, som utvärderar inkommande information ur en känslomässig synvinkel. Ingen ny information relaterad till några fakta eller biografiska minnen kommer in i långtidsminnet utan att passera genom det limbiska systemet, som fungerar som ett filter, letar bara efter den nödvändiga informationen, associerar den med känslor och distribuerar den sedan till hjärnbarken. Ju oftare denna process inträffar, desto starkare är den känslomässigt färgad, desto snabbare kommer denna information att läras in och desto längre lagras den i minnet.

Nyheten, innebörden och intensiteten av känslomässig färgning är avgörande faktorer för vad vi behåller i vårt minne. Starka känslohändelser bearbetas annorlunda än mindre, främmande fakta upplevs värre än personlig erfarenhet. Neutral information, som vanligt skolmaterial, måste bearbetas medvetet, upprepas, transformeras, kompletteras och enkelt memoreras. Principen gäller Först in sist ut", vilket betyder: det en person lärde sig först kommer ihåg bäst. Färsk information först efter en medveten förklaring kan lagras under lång tid i minnet.

Således är uttrycket "att överföra kunskap" felaktigt. Kunskap kan inte överföras fullt ut, utan måste byggas in i varje persons minne genom sitt eget system av nervförbindelser. Goethe sa en underbar fras: "Du måste få dina kunskaper för att kunna äga den!".

Bara för att vår hjärna är väldigt ekonomisk och har många filter betyder det dock inte att vårt stora minne, vårt långtidsminne, någonsin kan bli fullt. Hjärnbarken har ett obegripligt stort minne. Och ju mer vi mättar den, desto snabbare och bättre kan vår hjärna tänka och komma ihåg ny information.

Min dotter gick i första klass och ställdes inför att reglerna måste memoreras. Det var väldigt svårt för henne i början. Även om hon kunde upprepa hela texten under den första timmen efter memoreringen, så gick en del av informationen förlorad senare. Och jag kom ihåg dessa regler utantill från skolan.

Då ställde mitt lilla geni en helt logisk och klok fråga: "Varför kan jag inte komma ihåg regeln som jag lärde mig idag, och du vet den fortfarande?". Jag hade ingen brådska att svara - jag bestämde mig för att studera teorin och jämföra den med livserfarenhet.

Jag började min forskning från grunderna. Vad är minne? Var lagras mänskligt minne? Vad är minnets struktur?

Per definition är det en tankeprocess som består av följande komponenter: memorering, lagring, reproduktion och att glömma.

Hur fungerar minnet? Den formas under hela livet och lagrar vår livserfarenhet. Fysiskt kan processen beskrivas genom uppkomsten av nya kopplingar mellan ett stort antal hjärnneuroner.

Processerna i hjärnan är inte helt förstådda, och forskare fortsätter forskningen inom detta område av människokroppen.

Människominnets placering diskuteras fortfarande. Hittills har det bevisats att följande områden i hjärnan är ansvariga för denna del av medvetandet: den subkortikala hippocampus, hypotalamus, thalamus och hjärnbarken.

De huvudsakliga lagringsplatserna är hippocampus och cortex. Hippocampus ligger i tinningloben på båda sidor av hjärnan. På frågan om vilken halvklot som är ansvarig för minnet kan vi säkert svara att både den högra loben "kontrollerar" faktiska och språkliga data, och den vänstra loben styr kronologin av livshändelser.

Uppkomsten av neurala anslutningar beror på arbetet hos receptorerna i sinnesorganen: syn, smak, lukt, känsel och hörsel. Hjärnan fångar alla elektriska impulser från dem, och de ljusaste ögonblicken som orsakar starka känslor (till exempel första kärleken) kommer ihåg bättre.

Således påverkar mänskliga känslor minnet.

Hos varje person är övervikten av en minnesegenskap genom vilket sinnesorgan som helst möjlig.

Vissa lär sig till exempel texten bra från läroboken när de läser, andra har bättre av att höra texten från en annan person, andra har ett utmärkt minne för lukter osv.

Olika yttre och inre faktorer påverkar "kvaliteten" på vårt minne. Det finns många skäl som orsakar kränkningar av denna process.

Interna orsaker inkluderar felaktig hantering av information inom följande områden:

• memorering - så att informationen inte glöms bort måste du arbeta med den;
• interferens - Ett stort antal ny information leder till att viktig tidigare inhämtad information glöms bort;
• förtryck - negativa minnen glöms bort snabbare;
• snedvridning - memorering och reproduktion av information sker mot bakgrund av våra känslor och känslor, därför gör sådan bearbetning data subjektiv;
• lagrings- och reproduktionsfel - om uppgifterna kommer ihåg med fel eller felaktigheter, eller inte helt, kommer deras reproduktion att vara felaktig.

Det räcker också med externa skäl:

1. Genetiska störningar (till exempel autism).
2. Hormonella störningar (inklusive diabetes mellitus, sköldkörtelpatologi).
3. Depressiva eller stressande tillstånd och sjukdomar (neuros, schizofreni).
4. Utmattning av kroppen orsakad av överansträngning, sömnlöshet, sjukdom, dålig kost, alkoholism, rökning, intag av vissa droger (till exempel bensodiazepiner).
5. Åldersrelaterade förändringar (Alzheimers sjukdom).

Särskilt skadligt, förutom sjukdomar och skador, påverkar alkoholberoende minnet. Det är känt att även en enda användning av alkohol leder till störningar, och i alkoholism finns det en förstörelse av neurala anslutningar i hippocampus, en kränkning av cerebral cirkulation och förekomsten av beriberi.

Allt detta leder till en förlust av förmågan att tillgodogöra sig ny information.

Akuta tillstånd som stroke och hjärtinfarkt kan också orsaka förstörelse av neurala förbindelser, och konsekvenserna kan bli enorma, och återhämtning tar mycket tid, ansträngning och tålamod. Ibland misslyckas alla försök.

Hippocampus innehåller ett ämne - acetylkolin - som ansvarar för överföringen av impulser från en neuron till en annan. Dess brist orsakar minnesstörning. Detta fenomen observeras särskilt i hög ålder och orsakar Alzheimers sjukdom.

Strukturera

En lång studie av hur mänskligt minne fungerar ledde till skapandet av en detaljerad klassificering. Ett av kriterierna är informationslagringens varaktighet. Enligt den kan följande typer av minne särskiljas:

• omedelbar (beröring);
• kortsiktigt;
• operativ;
• långsiktigt.

Momentan kännetecknas av det faktum att information fixeras av sinnesorganens receptorer, men inte kan bearbetas. Den är i sin tur uppdelad i ikonisk (visuell perception) och ekoisk (auditiv perception).

Ett exempel på en ikonisk vy - du ser en banner med en annons och ett telefonnummer på gatan, på en sekund kommer du inte ihåg detta nummer. Den ekoiska vyn kan också ses på reklam, men du såg inte telefonnumret utan hörde det på radion. Instant memory låter dig lagra information i upp till 5 sekunder.

Kortsiktigt är konsekvensen av en enda uppfattning och omedelbar reproduktion. Om vi ​​tar ett exempel med regeln för första klass, när dottern läser den stavelse för stavelse en gång utan upprepning. Hon kommer att kunna behålla regeln i minnet under en tidsperiod från 5 sekunder till en minut.

Hippocampus är ansvarig för korttidsminnet. Beviset är det faktum att när hippocampus skadas (under operation, till exempel), glömmer en person omedelbart händelsen som just hände honom, men kommer ihåg informationen som samlats innan skadan.

Arbetsminne är detsamma som korttidsminne, men information lagras endast inom den period då den används. Dottern läste till exempel regeln och använde den för att slutföra övningen från läxor, och glömde sedan bort.

Denna typ tillåter en person att snabbt lösa ett problem här och nu och glömma senare onödig information.

Långtidslagrat i hjärnbarken. Det utvecklas samtidigt med det kortsiktiga och är dess konsekvens. Efter upprepad memorering och applicering av information som finns inom korttidsminnet fixeras den i hjärnan, nämligen i hjärnbarken, under lång tid eller till och med livet ut.

Detta är ett exempel där en regel som lärts in i första klass och tillämpas under 11 års skolgång kommer ihåg för alltid. Långtidsminnet kräver deltagande av alla medvetanderesurser: mentala, sensuella och intellektuella.

Endast medveten och fullt meningsfull information kan ta plats i en persons långtidsminne.

Minnets struktur förenklas enligt följande: memorering - lagring - reproduktion. Vid memorering byggs nya neurala anslutningar.

Tack vare dessa kopplingar kommer vi ihåg (reproducerar) information. Minnen kan hämtas från långtidsminnet på egen hand eller under påverkan av stimuli på vissa delar av hjärnan (till exempel hypnos).

Varaktigheten av informationslagring påverkas av en persons uppmärksamhet på det senare. Ju mer uppmärksamhet är fokuserad, desto längre tid kommer informationen att lagras.

Att glömma är också en integrerad del av minnet. Denna process är nödvändig för att lossa det centrala nervsystemet från onödiga minnen.

Slutsats

Nu kan jag svara på min dotters fråga:

1. Minne är en process av flera separata komponenter. För att memorera information måste du förstå den, upprepa den många gånger och regelbundet tillämpa den i praktiken. Detta beror på vissa egenskaper hos hjärnan och följaktligen förekomsten av flera typer av minne.
2. Det är viktigt att veta var minnet är lagrat för att förstå vad memoreringen av regeln beror på. Det finns i hjärnan med ett stort antal neuroner. För att fixera information i hjärnbarken är det nödvändigt att skapa starka neurala kopplingar.
3. Att veta hur minnet fungerar kommer att hjälpa till att utveckla det och njuta av denna process.

Denna del av medvetandet är kopplad till sinnena, så att du kan observera hur texten blir bättre ihågkommen: vid läsning eller på gehör.

Processen att memorera är också kopplad till intellektet: ju mer och bättre vi lär oss, desto lättare kommer memorering att ges senare.

Framgångsrik memorering är förknippad med det mentala tillståndet hos en person: ett deprimerat humör kan störa processen; ju mer positiva känslor, intresse en person visar för information, desto mer noggrant studerar han den och desto bättre kommer han ihåg den.

Dvs det är viktigt att ha positiv attityd. För barn kan man skapa förutsättningar för spelet att dra till sig uppmärksamhet.

Behovet av utveckling

Det mänskliga minnet antyder ett förhållande till intelligens. Genom att utveckla det utvecklar vi intellektet.

En person som ägnar mycket tid åt memorering och förståelse blir mer uppmärksam och organiserad, han utvecklar alla typer av tänkande, fantasi och Kreativa färdigheter. Dessutom förebygger sådan hjärnträning åldersrelaterade sjukdomar förknippade med minnesstörning.

Beroende på målen för memoreringsträning finns det tre användningsområden:

1. Hushållsriktning - nödvändigt för att eliminera glömska på hushållsnivå (till exempel att periodvis glömma telefonen hemma).
2. Naturligt – när minnesträning kombineras med på ett hälsosamt sätt livet, och resultaten kan användas inom alla områden av mänsklig aktivitet.
3. Artificiell är användningen av mnemonics, vars utveckling låter dig komma ihåg kolossala mängder av olika information.

Det spelar ingen roll vilken metod du väljer, men om åtminstone en av dem studeras, så kommer detta redan att vara ett steg mot självförbättring och möjligheten att gå längre. Dessa ovärderliga färdigheter kommer utan tvekan att komma väl till pass inom alla områden i livet, vilket gör dig framgångsrik och lycklig.

Mysteriet med mänskligt minne är ett av 2000-talets huvudsakliga vetenskapliga problem, och det måste lösas genom gemensamma ansträngningar från kemister, fysiker, biologer, fysiologer, matematiker och representanter för andra vetenskapliga discipliner. Och även om vi fortfarande är långt ifrån att helt förstå vad som händer med oss ​​när vi "minns", "glömmer" och "minns igen", pekar viktiga upptäckter från de senaste åren åt rätt håll.

Ett av neurofysiologins huvudproblem är oförmågan att utföra experiment på människor. Men även hos primitiva djur liknar minnets grundläggande mekanismer våra.

Pavel Balaban

Idag kan till och med svaret på grundfrågan - vad är minne i tid och rum - huvudsakligen bestå av hypoteser och antaganden. Om vi ​​pratar om rymden är det fortfarande inte särskilt tydligt hur minnet är organiserat och exakt var i hjärnan det finns. Dessa vetenskaper tyder på att dess beståndsdelar finns överallt, i vart och ett av områdena i vår "grå materia". Dessutom kan till synes samma information registreras i minnet på olika platser.

Till exempel har det konstaterats att det rumsliga minnet (när vi minns en viss miljö för första gången - ett rum, en gata, ett landskap) är associerat med en region i hjärnan som kallas hippocampus. När vi försöker få den här situationen ur minnet, säg tio år senare, kommer detta minne redan att extraheras från ett helt annat område. Ja, minnet kan röra sig i hjärnan, och denna tes illustreras bäst av ett experiment som en gång utfördes med kycklingar. I livet för nykläckta kycklingar spelar prägling en stor roll - momentan inlärning (och placering i minnet är inlärning). Till exempel ser en kyckling ett stort rörligt föremål och "avtrycker" omedelbart i hjärnan: det här är en kycklingmamma, du måste följa henne. Men om efter fem dagar den del av hjärnan som ansvarar för avtryck tas bort från kycklingen, visar det sig att ... den memorerade färdigheten inte har försvunnit. Han flyttade till ett annat område, och detta bevisar att det finns ett förråd för omedelbara läranderesultat och ett annat för långtidslagring.

Vi minns med glädje

Men det är ännu mer förvånande att det inte finns någon sådan tydlig sekvens av att flytta minnet från operativt till permanent, som det händer i en dator, i hjärnan. Arbetsminne, fixering av omedelbara förnimmelser, triggar samtidigt andra minnesmekanismer - på medellång och lång sikt. Men hjärnan är ett energikrävande system och försöker därför optimera användningen av sina resurser, inklusive minnet. Därför har naturen skapat ett flerstegssystem. Arbetsminnet bildas snabbt och förstörs lika snabbt - det finns en speciell mekanism för detta. Men verkligt viktiga händelser registreras för långtidslagring, medan deras betydelse betonas av känslor, inställning till information. På fysiologinivå är känslor aktiveringen av de mest kraftfulla biokemiska moduleringssystemen. Dessa system frisätter hormoner-mediatorer som förändrar minnets biokemi i rätt riktning. Bland dem finns till exempel olika njutningshormoner, vars namn inte påminner så mycket om neurofysiologi som om kriminalkrönikan: det är morfiner, opioider, cannabinoider - det vill säga narkotiska ämnen som produceras av vår kropp. I synnerhet genereras endocannabinoider direkt vid synapser, förbindelserna mellan nervceller. De påverkar effektiviteten hos dessa kontakter och "uppmuntrar" på så sätt att registrera den eller den informationen i minnet. Andra ämnen från antalet mediatorhormoner kan tvärtom undertrycka processen att flytta data från arbetsminnet till långtidsminnet.

Mekanismerna för emotionell, det vill säga biokemisk förstärkning av minnet, studeras nu aktivt. Det enda problemet är att laboratorieforskning av det här slaget bara kan utföras på djur, men hur mycket kan en laboratorieråtta berätta om sina känslor?

Om vi ​​har lagrat något i minnet, så är det ibland dags att komma ihåg denna information, det vill säga att extrahera den från minnet. Men är ordet "extrahera" korrekt? Tydligen inte mycket. Det verkar som att minnesmekanismer inte extraherar information, utan återskapar den. Det finns ingen information i dessa mekanismer, precis som det inte finns någon röst eller musik i hårdvaran i en radiomottagare. Men allt är klart med mottagaren - den bearbetar och omvandlar den elektromagnetiska signalen som tas emot av antennen. Vilken typ av "signal" som bearbetas när minnet hämtas, var och hur denna data lagras är fortfarande mycket svårt att säga. Det är dock redan känt att när man kommer ihåg, skrivs minnet om, modifieras, eller åtminstone händer det med vissa typer av minne.

Inte elektricitet, utan kemi

I jakten på ett svar på frågan om hur minnet kan modifieras eller till och med raderas, har viktiga upptäckter gjorts de senaste åren, och ett antal verk har dykt upp om "minnesmolekylen".

Faktum är att de har försökt isolera en sådan molekyl, eller åtminstone någon materiell bärare av tanke och minne, i tvåhundra år, men utan större framgång. I slutändan kom neurofysiologer till slutsatsen att det inte finns något specifikt för minne i hjärnan: det finns 100 miljarder neuroner, det finns 10 kvadrillioner kopplingar mellan dem, och någonstans i denna kosmiska skala finns minne, tankar och beteenden. enhetligt kodad. Försök gjordes att blockera vissa kemikalier i hjärnan, och det ledde till en förändring i minnet, men också till en förändring av hela kroppens funktion. Det var först 2006 som de första verken dök upp på det biokemiska systemet, som verkar vara mycket specifikt för minnet. Hennes blockad orsakade inga förändringar i vare sig beteende eller inlärningsförmåga – bara förlusten av en del av minnet. Till exempel minne om situationen om blockeraren infördes i hippocampus. Eller om känslomässig chock om blockeraren injicerades i amygdala. Det biokemiska systemet som upptäckts är ett protein, ett enzym som kallas proteinkinas M-zeta, som kontrollerar andra proteiner.

Ett av neurofysiologins huvudproblem är oförmågan att utföra experiment på människor. Men även hos primitiva djur liknar minnets grundläggande mekanismer våra.

Molekylen arbetar på platsen för synaptisk kontakt - kontakten mellan hjärnans neuroner. Här är det nödvändigt att göra en viktig avvikelse och förklara detaljerna för samma kontakter. Hjärnan liknas ofta vid en dator, och därför tror många att kopplingarna mellan neuroner, som skapar allt som vi kallar tänkande och minne, är rent elektriska till sin natur. Men det är inte. Synapsernas språk är kemi, här interagerar vissa frigjorda molekyler, som en nyckel med lås, med andra molekyler (receptorer), och först då börjar elektriska processer. Hur många specifika receptorer som kommer att levereras genom nervcellen till kontaktplatsen beror på effektiviteten, ju större genomströmning av synapsen.

Protein med speciella egenskaper

Proteinkinas M-zeta styr bara leveransen av receptorer genom synapsen och ökar därmed dess effektivitet. När dessa molekyler aktiveras samtidigt i tiotusentals synapser omdirigeras signaler och de allmänna egenskaperna hos ett visst nätverk av neuroner förändras. Allt detta säger oss lite om hur minnesförändringar kodas i denna omdirigering, men en sak är säker: om proteinkinaset M-zeta blockeras kommer minnet att raderas, eftersom de kemiska bindningarna som ger det inte kommer att fungera. Den nyupptäckta "molekylen" av minne har ett antal intressanta egenskaper.

För det första är den kapabel till självreproduktion. Om en viss mängd proteinkinas M-zeta bildades i synapsen som ett resultat av inlärning (det vill säga mottagande av ny information), så kan denna mängd förbli där under mycket lång tid, trots att denna proteinmolekyl sönderfaller på tre till fyra dagar. På något sätt mobiliserar molekylen cellens resurser och säkerställer syntes och leverans av nya molekyler till platsen för synaptisk kontakt för att ersätta de som har lämnat.

För det andra att mest intressanta funktioner proteinkinas M-zeta inkluderar dess blockering. När forskarna behövde skaffa ett ämne för experiment med att blockera minnets "molekyl" "läste" de helt enkelt avsnittet av hennes gen, där hennes egen peptidblockerare är kodad, och syntetiserade den. Denna blockerare produceras dock aldrig av cellen själv, och i vilket syfte evolutionen lämnade sin kod i genomet är oklart.

Den tredje viktiga egenskapen hos molekylen är att både den och dess blockerare har ett nästan identiskt utseende för alla levande varelser med ett nervsystem. Detta indikerar att vi, i form av proteinkinas M-zeta, har att göra med den äldsta adaptiva mekanismen, på vilken också mänskligt minne är byggt.

Naturligtvis är proteinkinaset M-zeta inte en "minnesmolekyl" i den mening som forskarna från det förflutna hoppades på att hitta den. Det är inte en materiell bärare av memorerad information, men uppenbarligen fungerar den som en nyckelregulator för effektiviteten av anslutningar i hjärnan, den initierar uppkomsten av nya konfigurationer som ett resultat av lärande.

Ta kontakt

Nu är experiment med proteinkinasblockeraren M-zeta på sätt och vis "skjuter på rutorna". Ämnet injiceras i vissa områden av hjärnan på försöksdjur med en mycket tunn nål och stänger därmed av minnet omedelbart i stora funktionella block. Gränserna för penetration av blockeraren är inte alltid tydliga, liksom dess koncentration i området för den plats som valts som mål. Som ett resultat ger inte alla experiment inom detta område entydiga resultat.

En sann förståelse av processerna som sker i minnet kan erhållas genom att arbeta på nivån för individuella synapser, men detta kräver riktad leverans av blockeraren till kontakten mellan neuroner. Idag är det omöjligt, men eftersom en sådan uppgift står inför vetenskapen kommer förr eller senare verktygen för att lösa den att dyka upp. Särskilda förhoppningar ställs på optogenetik. Det har konstaterats att en cell i vilken möjligheten att syntetisera ett ljuskänsligt protein är inbyggt genom genteknik kan styras med hjälp av en laserstråle. Och om sådana manipulationer på nivån av levande organismer ännu inte utförs, görs något liknande redan på basis av odlade cellkulturer, och resultaten är mycket imponerande.

Neuroforskare från Kanada och USA har funnit att inte alla nervceller som får den information som krävs för detta är involverade i att memorera enkla färdigheter, utan bara ungefär en fjärdedel av dem. Vilka neuroner som deltar i bildandet av långtidsminnet beror på koncentrationen av det regulatoriska proteinet CREB i cellkärnan. Om du på konstgjord väg ökar koncentrationen av CREB i vissa neuroner är det de som kommer att minnas. Om du blockerar CREB i vissa neuroner kommer andra nervceller att ta över rollen som minnesceller.

En av neurovetenskapens mest lysande prestationer under 1900-talet var dechiffreringen av minnets molekylära mekanismer. Nobelpristagaren Eric Kandel och hans kollegor kunde visa att för bildandet av ett verkligt minne - både kortsiktigt och långsiktigt - räcker det med bara tre neuroner kopplade på ett visst sätt.

Minnet studerades på exemplet med bildandet av en betingad reflex i en jättelik blötdjur, havsharen Aplysia. Blötdjuret berördes försiktigt av sifonen och omedelbart efter detta slogs svansen kraftigt. Efter en sådan procedur reagerar blötdjuret under en tid på en lätt beröring av sifonen med en våldsam försvarsreaktion, men glömmer snart allt (korttidsminnet). Om "träningen" upprepas flera gånger bildas en stabil betingad reflex (långtidsminne).

Det visade sig att processen med inlärning och memorering inte har något att göra med några högre, idealiska eller andliga frågor, utan förklaras helt av ganska enkla och helt automatiska händelser på nivån för enskilda neuroner. Hela processen kan reproduceras fullt ut på det enklaste systemet av tre isolerade nervceller. En neuron (sensorisk) tar emot en signal från sifonen (i det här fallet känns det en lätt beröring). Den sensoriska neuronen skickar en impuls till motorneuronen, vilket i sin tur får musklerna som är involverade i försvarsreaktionen att dra ihop sig (Aplysia drar tillbaka gälen och kastar en del rött bläck i vattnet). Information om slaget mot svansen kommer från den tredje neuronen, som i detta fall spelar rollen som en modulator. En nervimpuls från en neuron till en annan överförs genom frisättning av signalsubstanser (neurotransmittorer). Punkterna för internuronala kontakter där signalsubstansen frigörs kallas synapser.

Eric Kandel vann Nobelpriset för denna bild. Detta visar hur korttids- och långtidsminnet bildas i det enklaste systemet av tre neuroner.

Figuren visar två synapser. Den första tjänar till att överföra en impuls från en sensorisk neuron till en motorisk. Den andra synapsen överför en impuls från den modulerande neuronen till slutet av den sensoriska. Om den modulerande neuronen är "tyst" i ögonblicket för beröring av sifonen (svansen är inte slagen), frigörs lite signalsubstans i synaps 1 och motorneuronen exciteras inte.

Att slå i svansen resulterar dock i att en signalsubstans frisätts vid synaps 2, vilket orsakar viktiga förändringar i beteendet hos synaps 1. Signalsubstansen cAMP (cykliskt adenosinmonofosfat) produceras i slutet av den sensoriska neuronen. Detta ämne aktiverar det reglerande proteinet - proteinkinas A. Proteinkinas A aktiverar i sin tur andra proteiner, vilket i slutändan leder till att synaps 1, när den sensoriska neuronen exciteras (det vill säga som svar på att röra sifonen), börjar släppa ut mer signalsubstans, och motorneuronen brinner. Det är vad det är korttidsminne: så länge det finns mycket aktivt proteinkinas A i slutet av den sensoriska neuronen är signalöverföringen från sifonen till musklerna i gälen och bläcksäcken mer effektiv.

Om beröring av sifonen åtföljdes av ett slag mot svansen många gånger i rad, blir proteinkinas A så rikligt att det penetrerar kärnan i den sensoriska neuronen. Detta leder till aktiveringen av ett annat regulatoriskt protein, CREB-transkriptionsfaktorn. CREB-proteinet "slår på" ett antal gener som så småningom får synaps 1 att växa (som visas i figuren) eller får ytterligare processer att växa i slutet av den sensoriska neuronen, som bildar nya synaptiska kontakter med motorneuronen. I båda fallen är effekten densamma: nu räcker det med en lätt excitation av den sensoriska neuronen för att excitera motorneuronen. Det är vad det är långtids minne. Det återstår att tillägga att, som ytterligare studier har visat, hos högre djur och hos dig och mig, bygger minnet på samma principer som i Aplysia.

Efter denna nödvändiga introduktion kan du gå vidare till historien om vad kanadensiska och amerikanska neuroforskare faktiskt upptäckte. De studerade bildandet av betingade reflexer förknippade med rädsla hos laboratoriemöss. De enklaste reflexerna av detta slag bildas i den laterala amygdala (LA) - en mycket liten del av hjärnan som ansvarar för kroppens reaktioner på alla möjliga skrämmande stimuli. Möss fick lära sig att efter att ett visst ljud hörs blir de chockade. Som svar på en elektrisk stöt fryser musen: detta är en standardreaktion på skräck. Möss är smarta djur, de kan läras ut mycket och deras betingade reflexer bildas snabbt. Tränade möss fryser så fort de hör ett ljud som förebådar fara.

Forskare har funnit att signalen från nervcellerna som uppfattar ljud kommer till cirka 70 % av nervcellerna i den laterala amygdala. Förändringar i samband med bildandet av långtidsminne (tillväxt av nya nervändar etc.) hos tränade möss inträffar dock endast i en fjärdedel av dessa neuroner (ungefär 18 % av LA-neuronerna).

Forskare föreslog att det finns en slags konkurrens mellan LA-neuroner, som potentiellt kan delta i bildandet av långtidsminne, om rätten att odla nya synapser, och sannolikheten för "framgång" för en eller annan neuron beror på koncentrationen av CREB-proteinet i dess kärna. För att testa detta antagande mikroinjicerades möss med konstgjorda virus som inte är kapabla till reproduktion, men som kan producera ett komplett CREB-protein eller dess icke-funktionella analog CREB S133A. Generna för båda dessa proteiner, insatta i virusets genom, "syddes" till genen för maneternas grönt fluorescerande protein. Som ett resultat började kärnorna i de LA-neuroner som viruset kom in i lysa grönt.

Det visade sig att som ett resultat av mikroinjektion tränger viruset in i ungefär samma antal LA-neuroner som är involverat i bildandet av den betingade reflexen. Denna slump visade sig vara ganska bekväm.

Förutom normala möss användes mutantmöss i experimenten, där CREB-genen inte fungerar. Sådana möss saknar helt förmågan att lära sig, de kan inte komma ihåg någonting. Det visade sig att införandet av ett CREB-producerande virus i LA hos sådana möss fullständigt återställer förmågan att bilda en betingad reflex. Men kanske en ökning av koncentrationen av CREB i vissa LA-neuroner helt enkelt förbättrar "frys"-responsen?

För att testa detta sattes experiment upp med mer komplex inlärning, där musen var tvungen att "inse" sambandet mellan ljudet och elchocken inte direkt utan indirekt, och för detta var det nödvändigt att komma ihåg det specifika sammanhang där lärandet ägde rum. För detta räcker inte bara LA:s arbete, utan hippocampus deltagande krävs också. I denna situation kunde mutantmössen inte lära sig någonting, eftersom inga virus injicerades i deras hippocampus. Därför påverkar koncentrationen av CREB minnet, och inte benägenheten att frysa.

Med hjälp av en rad ytterligare experiment var det möjligt att bevisa att just de LA-neuroner som var infekterade med viruset är inblandade i memorering i mutantmöss. Införandet av viruset i LA hos friska möss påverkade inte deras inlärningsförmåga. Men som i fallet med mutantmöss, var det just de LA-neuronerna som viruset hade tagit sig in som deltog i memoreringen.

Ett annat virus som producerar CREB S133A berövar infekterade neuroner förmågan att komma ihåg, det vill säga att skapa nya slut. Forskarna föreslog att införandet av detta virus i LA hos friska möss inte borde minska deras inlärningsförmåga, eftersom viruset bara infekterar cirka 20 % av LA-neuronerna, och andra oinfekterade neuroner kommer att ta på sig rollen att "komma ihåg ". Och så blev det. Möss tränade normalt, men bland nervcellerna som deltog i memoreringen fanns det praktiskt taget inga infekterade (det vill säga glödande grönt ljus).

Forskare genomförde ett antal mer komplexa experiment, vilket gjorde det möjligt att utesluta alla andra förklaringar, förutom en - den som motsvarade deras ursprungliga antagande.

Således deltar inte alla neuroner som får den information som är nödvändig för detta (i detta fall "sensorisk" information om ljud och "modulerande" information om elektrisk stöt) i memorering. Endast en viss del av dessa neuroner, nämligen de med mer CREB-protein i sina kärnor, tar på sig den hedervärda rollen som minnesceller. Detta är i allmänhet logiskt, eftersom den höga koncentrationen av CREB i kärnan bara gör sådana neuroner till de mest "predisponerade" för den snabba tillväxten av nya slut.

Det som förblir oklart är mekanismen genom vilken andra neuroner vet att jobbet redan har gjorts, vinnarna har utsetts och de själva behöver inte längre odla något för sig själva.

Denna mekanism kan vara ganska enkel. Ett helt liknande regleringssystem är känt i filamentösa cyanobakterier, vars filament består av två typer av celler: vanliga, involverade i fotosyntes, och specialiserade "heterocyster", engagerade i atmosfärisk kvävefixering. Systemet fungerar väldigt enkelt: när samhället saknar kväve börjar fotosyntetiska celler förvandlas till heterocyster. Processen är reversibel upp till en viss punkt. Celler som har gått tillräckligt långt längs denna väg börjar utsöndra en signalsubstans som förhindrar närliggande celler från att förvandlas till heterocyster. Resultatet är en tråd med ett visst väldefinierat förhållande av vanliga celler och heterocyster (till exempel 1:20), och heterocysterna är placerade ungefär på lika avstånd från varandra.

Att kalla sådana regleringsmekanismer för "konkurrens", som artikelförfattarna gör, är enligt min mening inte helt korrekt, tyngdpunkten här borde vara en annan. Neuronen får ingen personlig nytta av att det är han som ska delta i memoreringen. Enligt min åsikt är det mer lämpligt att här inte tala om konkurrens, utan om verkligt samarbete i sig.

Enligt material: 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. Neuronal konkurrens och selektion under minnesbildning 2007. V. 316. S. 457–460.