Секрет забывчивости
Секрет забывчивости
Кандидат химических наук Н. Белоконева
По
материалам французского журнала «Science et vie»
Как
работает мозг? Какие биохимические процессы формируют сознание? Чтобы ответить
на эти вопросы, нейробиологи в течение последних десятилетий изучали такие
стадии мыслительного процесса, как регистрация, сохранение и обновление
информации, поступающей в мозг, то есть механизмы формирования памяти. В отношении
забывчивости считалось, что она является лишь следствием нарушения этих
механизмов. Однако в 2003 году группа французских исследователей, работающих в Цюрихе
(Швейцария) под руководством Изабель Мансуй, открыла белковую молекулу,
обладающую способностью „стирать“ поступившую в мозг информацию, то есть
препятствовать формированию памяти. Биологическим носителем забывчивости
оказался хорошо знакомый учёным фермент, присутствующий в большом количестве во
всех клетках организма.
Наша
память — мост во времени. Она черпает информацию из прошлого и обогащает
настоящее, хранит факты и трансформирует их в идеи, позволяет нам снова и снова
приоткрывать дверь в минувшее. Память формирует нашу индивидуальность, связь с миром,
планы на будущее и интеллект.
Современная
нейробиология рисует завораживающую своей сложностью картину: сигнальные
молекулы запускают непрерывные каскады биохимических реакций, стимулирующих или
тормозящих активность нейронов. На сегодняшний день исследователями открыты
десятки сигнальных молекул — „молекул памяти“: γ-аминомасляная кислота
(ГАМК), дофамин, ацетилхолин и др. Во время обучения происходят молекулярные
изменения в синапсах — пространстве на стыке двух нейронов. Нервный импульс
поступает в отросток пресинаптического нейрона — аксон, где он стимулирует
выброс сигнальных молекул, которые затем связываются с рецепторами отростка
постсинаптического нейрона — дендритом. Это, в свою очередь, активизирует
ферменты — киназы подобно тому, как цифровая информация наносится на поверхность
компакт-диска.
Участки мозга человека, отвечающие за различные виды
забывчивости: „выветривание“ воспоминаний со временем, рассеянность,
заторможенность (например, человек забыл слово, вертящееся на языке),
нарушение причинно-следственных связей в воспоминаниях, придуманные
воспоминания, бессознательная реконструкция прошлого в зависимости от настоящего,
зацикливание (воспоминание, которое безуспешно стараются забыть, никогда не достигая
этого). Такую модель предложил психолог Гарвардского университета (США),
известный специалист в области исследования механизмов памяти Даниэль Шахтер.
|
До
настоящего времени наука о мозге занималась главным образом проблемой
запоминания. Этот подход оставляет в тени такую сторону мыслительного процесса,
как забывчивость. Но три года исследований в области, которая казалась всем
неперспективной, позволили французскому биологу Изабель Мансуй и её группе из Политехнической
федеральной школы в Цюрихе (Швейцария) открыть молекулярный механизм
забывчивости. Как оказалось, процессом стирания информации управляет белковая
молекула — фермент протеинфосфатаза (PP1). Это удивительный факт. Ведь а priori
учёные не имели никаких данных, которые позволяли бы заподозрить у этой хорошо
изученной молекулы подобные свойства.
PP1
— фермент, регулирующий такие жизненно важные процессы, как развитие и деление
почти всех клеток нашего организма: в печени, мышцах, коже, мозге. Белковые
молекулы РР1 обладают свойством отнимать фосфатные группы у других белков,
которые биохимики называют „мишени“. Потеря фосфатных групп приводит к торможению
или даже к полному подавлению активности „мишеней“. Таким образом, роль у фосфатаз
„отрицательная“. Именно поэтому учёным так долго казалось, что в формировании
памяти фосфатазы участвовать не могут, и они концентрировали своё внимание на „положительных“
ферментах, активирующих молекулярные процессы в организме.
Чтобы
обнаружить молекулярный носитель забывчивости, учёные создали специальную
породу мышей. В их геном они встроили ген, кодирующий синтез белка, который
„выключает“ PP1. У таких генетически модифицированных мышей PP1 можно
„включать“ и „выключать“ по мере надобности, запуская или приостанавливая
выработку белка-блокатора. Роль „выключателя“ выполняет антибиотик доксициклин.
Его добавляли животным в пищу, и клетки начинали производить блокатор синтеза РР1.
Трансгенных
мышей стали обучать узнавать новые объекты. И человек и животные усваивают
материал лучше за несколько коротких уроков с перерывами для отдыха, чем в течение
того же промежутка времени без передышки. Мыши тоже обучаются лучше за пять
коротких сеансов по 5 минут с интервалом 15 минут, чем за единственный
продолжительный сеанс в 25 минут. Однако, когда им в пищу добавляли доксициклин
(то есть „включали“ PP1), 25-минутный „урок“ становился таким же эффективным,
как пять сеансов по 5 минут! Из этого следует, что PP1 как бы мешает
формированию памяти при интенсивном обучении, а запоминание в несколько сеансов
позволяет преодолеть „сопротивление“ PP1.
Молекулярный механизм забывчивости. Процесс запоминания в гиппокампе,
куда поступает новая информация, происходит в три стадии:
— нервный импульс вызывает высвобождение сигнальных
молекул („молекул памяти“) из нервных окончаний аксона пресинаптического
нейрона;
— молекулы нейромедиатора связываются с рецепторами
постсинаптического нейрона;
— рецепторное связывание активирует фермент СаМКII,
участвующий в формировании памяти.
PP1 блокирует CaMKII. В результате этот фермент теряет
способность посылать сигналы о начале синтеза белков, необходимых для формирования
нервного импульса. Так PP1 „выключает“ механизм запоминания.
|
Помимо
того, что фермент PP1 препятствует запоминанию при интенсивном обучении, он также
способствует забыванию усвоенной информации. Это было показано следующим
образом. В бассейн с непрозрачной водой помещали притопленную платформу. Плавая
в бассейне, мыши в поисках „суши“ рано или поздно обнаруживали платформу и взбирались
на неё. Кроме того, в воде находились пространственные ориентиры, помогавшие
обнаружить спасительный островок. Постепенно мыши, запоминая расположение
ориентиров, находили платформу всё быстрее и быстрее. После девяти дней
интенсивных тренировок исследователи убрали платформу из воды. „Нормальные“
мыши сначала продолжали искать её в привычном месте, но вскоре сообразили, что
опоры там нет, и через шесть недель прекратили поиски. А те мыши, у которых ген
PP1 „не работал“, и через шесть недель продолжали искать платформу по знакомым
ориентирам.
Так
было доказано, что PP1 способствует забыванию ненужной информации, хранящейся в
мозге. Причём учёным в общих чертах понятен и механизм этого процесса: PP1 снижает
активность белка, который даёт сигнал конкретному гену начать свою работу по синтезу
новых белков. При „выключении“ гена перестают образовываться белки, необходимые
для формирования и сохранения памяти. Но такой механизм, по-видимому, не единственный.
Дело в том, что существует забывчивость двух типов: стирание информации и её маскировка.
Неважная информация стирается в памяти окончательно, а более существенная
остаётся временно скрытой. В свете этой теории PP1 блокирует, с одной стороны,
синтез белков, ответственных за передачу нервного импульса в ходе обучения, что
приводит к необратимому стиранию информации, с другой — восстановление
информации, „спящей“ в глубинах памяти. Но механизм маскировки информации пока
неизвестен.
И
потому не стоит так переживать по поводу потери ключей или очков. Забывчивость
жизненно необходима: она предохраняет поток нашей памяти от насыщения и кроме
того, по-видимому, помогает мозгу отсортировать информацию по её значимости.
Действительно, если представить себе, что мы запомним всё, хотя бы один раз
увиденное или услышанное, жизнь обернётся кошмаром.
Изабель
Мансуй высказала предположение, что у больных склерозом восстановить
способности к запоминанию можно, не стимулируя память, а блокируя забывание, то
есть „выключая“ PP1. Поэтому „молекула забывчивости“ уже заинтересовала
некоторые фармацевтические фирмы.
Конечно,
до полного понимания механизма забывчивости ещё далеко. Но группа
исследователей из Цюриха очень надеется в скором будущем прояснить многие
вопросы, которые пока остаются без ответа.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://wsyachina.narod.ru/