3. Процедурная и декларативная память

В последние годы стала приобретать большое значение информа­ция о разных формах памяти. Помимо кратковременной и долговре­менной памяти, у человека существует еще по меньшей мере две раз­ные системы для усвоения и запоминания информации. Опыты на нормальных животных, выполненные с использованием регистрации

¹ См Главу! Пейрофшиочотя Клеточные основы обучения

вызванных потенциалов, а также опыты на животных с различными повреждениями мозговых структур подтверждают существование биологических основ для множественных систем памяти/Выбор сис­темы памяти зависит от особенностей сведений, которые нужно запо­мнить. Для запоминания большей части ситуаций вовлекается не­сколько систем памяти. Они имеют разные оперативные характерис­тики, участвуют в приобретении знаний разного рода и осуществля­ются разными мозговыми структурами. Л. Сквайр и другие (1993) предположили, что переработка по крайней мере двух видов инфор­мации ведется в мозгу раздельно и каждый из этих видов хранится также отдельно. Данные, полученные при наблюдении амнезирован-ных пациентов, а также людей с обычной памятью и животных, позво­лили пересмотреть понятие о процедурной и декларативной памяти, а также недекларативной, включающей формирование перцептивных навыков и усвоение нового материала.

Процедурная память — это знание того, как нужно действовать. Процедурная память, вероятно, развивается в ходе эволюции раньше, чем декларативная. Привыкание и классическое обусловливание — это примеры приобретения процедурного знания. Процедурная па­мять основана на биохимических и биофизических изменениях, про­исходящих только в тех нервных сетях, которые непосредственно уча­ствуют в усвоении нового материала.

Декларативная память обеспечивает ясный и доступный отчет о прошлом индивидуальном опыте. Память на события и факты вклю­чает запоминание слов, лиц и т.д. Декларативная память должна быть привнесена, содержание может быть декларировано. Она зависит от интеграции в мозговых структурах и связей с медиальной височной корой и диэнцефалоном, которые при повреждении становятся при­чиной амнезии. Декларативная память связана с перестройкой нерв­ных сетей и требует переработки информации в височных долях мозга и таламусе.

В медиальных височных отделах важной структурой является гип-покамп (включая собственно гиппокамп и зубчатую извилину, суби-кулярный комплекс и энторинальную кору) вместе с парагиппокам-пальной корой. Внутри диэнцефалона важные для декларативной па­мяти структуры и связи включают медиодорзальные ядра таламуса, передние ядра, маммило-таламический тракт, внутреннюю медулляр­ную пластинку.

Но понятие о декларативной памяти требует различных уточне­ний и ограничений и поэтому вводится понятие недекларативной па­мяти, включающей группу фактов, которые не описываются понятия­ми декларативной и процедурной памяти. В то время как декларатив-

150

1 лава II Психофизиология памяти

4 Биохимические н молекулярные механизмы памяти

151

ная память относится к биологически значимым категориям памяти, зависящим от специфических мозговых систем, недекларативная па­мять охватывает несколько видов памяти и зависит от множества моз­говых систем. Сейчас ясно, что множественные формы памяти под­держиваются определенными мозговыми структурами и имеют раз­ные характеристики.

4. Биохимические и молекулярные механизмы

памяти

Исследования биохимической природы этапов формирования памя­ти проводятся в основном с использованием ингибиторов синтеза проте­инов и различных фармакологических веществ, избирательно подавляю­щих определенные метаболические процессы нервных клеток. Наиболее распространенным методом является введение веществ животным в раз­ное время после обучения, анализ различных нейрофизиологических фе­номенов с биохимическими реакциями определенных видов, определе­ние поведенческих эффектов от применяемых препаратов.

Предполагается, что фиксация опыта тесно связана с изменением синтеза специфических белков. Если это предположение верно, то применение веществ, изменяющих возможность такого синтеза на оп­ределенном этапе, должно препятствовать приобретению опыта или его воспроизведению. Выполнено много экспериментальных работ, в которых различные ингибиторы синтеза протеинов вводили как перед обучением, так и после его завершения. Результаты этих работ не­однозначны, а основные выводы суммированы в обзорных статьях Они заключаются в следующем:

1. кратковременная память не затрагивается ингибиторами синте­ за протеинов, а долговременная зависит от процесса, на который влия­ ет данный ингибитор;

2. кривая обучения контрольной группы животных и животных, подвергшихся действию ингибиторов, идентична;

3. сохранение навыка, измеренное через минуты и часы после обу­ чения, остается неизменным после введения ингибитора, хотя дли­ тельность сохранения энграммы у животных контрольной группы из­ меняется в зависимости от условий эксперимента;

4. сохранение навыка, измеряемое в часах и днях, значительно ухудшается после введения ингибитора. В определенных условиях на­ блюдается спонтанное восстановление навыка, что демонстрирует не­ стабильность энграммы;

5. в некоторых случаях после введения ингибиторов по окончании обучения развивается ретроградная амнезия, хотя она носит менее от-

четливый характер по сравнению с аналогичным нарушением памяти при введении ингибитора перед обучением. Возможность ингибито­ров вызывать нарушения памяти тем меньше, чем больше времени проходит от момента обучения до момента начала действия ингибито­ра.

Экспрессия генов и память. Биохимические и фармакологические исследования установили универсальную зависимость долговремен­ной памяти от активации генетического аппарата нервных клеток. У высших эукариот изменения транскрипции в ходе развития могут со­храняться на длительное время, вполне сопоставимое с продолжи­тельностью хранения долговременной памяти. Большинство долго­временных изменений экспрессии генов в клетках млекопитающих происходит за счет регуляции транскрипции. Представление о том, что кратковременная память не затрагивается действием ингибито­ров, распространено среди исследователей. Пока отсутствуют доста­точно четкие и экспериментально подтвержденные данные о взаимо­связи синтеза белков и обучения. Результаты исследований по этой проблеме чрезвычайно пестры и противоречивы. Также необходимо учесть, что применяемые ингибиторы влияют на синтез белков, осу­ществляемый традиционным образом. Сейчас изучаются и нетради­ционные пути, в частности, выясняется роль внематричного синтеза белков в процессах обучения и памяти. В ходе экспериментов Р.И. Салганика и других ученых (1981), связанных с изучением роли обратной транскрипции в обучении, установлено, что повышение уровня содержания РНК-зависимой ДНК-полимеразы (показателя процесса обратной транскрипции) развивается в гиппокампе быстро обучающихся крыс во время обучения и достигает максимума после его завершения. Эксперименты В.В. Ашапкина и Н.А. Тушмаловой (1984) продемонстрировали следующее: при формировании условных ответов у крысы происходит повышение синтеза ДНК в неокортексе. Индукция синтеза ДНК связана с выработкой условного ответа и пер­выми часами его хранения. Индуцированный обучением синтез ДНК в неокортексе избирательно связан с последовательностями ДНК, по­вторенными в геноме 10—20 раз. Предполагается, что этот синтез свя­зан с активацией экспрессии генов. Активация транскрипции многих генов происходит в ответ на внешние воздействия, а также во время развития клеточной дифференцировки.

В нервных клетках экспрессируются многие из генов, в частности, непосредственные ранние гены. Непосредственные ранние гены были идентифицированы в культивируемых клетках во время изуче­ния механизмов геномного ответа на действие факторов роста, запус­кающих процессы клеточного цикла. В ходе этих исследований была

152

Глава Л Психофизиология памяти

А Биохимические и мочекулярпые механизмы памяти

153

обнаружена группа генов, транскрипция которых активизировалась через несколько минут после добавления в культуру клеток мозга факторов роста. Индукция их транскрипции происходила несмотря на подведение ингибиторов синтеза белка. Это означает, что транс­крипция запускается механизмами, заранее готовыми для восприятия экстраклеточных стимулов. Характерной чертой данного механизма регуляции транскрипции является его двухфазность. На первой ста­дии экстраклеточные сигналы запускают активацию ранних генов, а затем кодируемые этими генами транскрипционные факторы изменя­ют экспрессию поздних генов, вызывая изменения программ деятель­ности клетки в ходе клеточного цикла и дифференцировки. Однако данный механизм возник в эволюции достаточно давно и не ограничи­вается лишь регуляцией процессов роста и деления клеток, а играет достаточно универсальную роль в передаче экстраклеточных сигналов от мембраны к геному. В клетках мозга животных при обучении и при изменениях окружающей среды активируются два представителя се­мейства «ранних» генов — c-fos и с-]ип. Экспрессия обоих генов зату­хает по мере потери новизны воздействия или после выработки и автоматизации нового навыка. К индукции экспрессии не приводят обыденная поведенческая активность животных, привычная среда или стимулы. Поэтому можно предположить, что активация «ранних» генов в нервных клетках во время обучения связана с новизной пове­денческих ситуаций для животного и с возникновением у них ориен­тировочно-исследовательского поведения. Этот механизм, вероятно, имеет универсальное значение, поскольку он активируется в разных ситуациях новизны и у разных видов животных. Анализ связи экс­прессии гена c-fos с показателями индивидуального поведения мышей при обучении активному избеганию свидетельствует о том, что акти­вация экспрессии данного гена не зависит от того, успешны или нет попытки животного избавиться от ударов тока. Поэтому можно пред­полагать, что индукция c-fos при обучении происходит при любых новых поведенческих актах. Обучение вызывает экспрессию в нерв­ной системе тех генов, с которыми прежде связывали функцию регу­ляции процессов клеточного роста и дифференцировки.

Новая гипотеза о роли экспрессии генов в процессах памяти была выдвинута К.В. Анохиным (1997). В отличие от более ранних молеку­лярных моделей памяти ее основой является двухфазность адаптив­ного ответа: новизна и рассогласование приводят к активации каскада «ранних» регуляторных генов, кодирующих транскрипционные фак­торы. В свою очередь продукты этих генов индуцируют экспрессию «поздних» морфорегуляторных генов, выступающих ключевыми участниками последующих процессов морфогенеза. Существенно, что

основные компоненты и этапы этого молекулярного каскада оказыва­ются общими для обучения и развития мозга.

Электрофизиология и биохимия. Большое внимание обращено на изучение синаптических мембран и их роли в передаче, фиксирова­нии и хранении информации. Мембрана может рассматриваться как двойной модификатор в передаче информации. Во-первых, состояние мембраны определяет чувствительность к стимулу. Во-вторых, пере­стройка мембраны после получения сигнала определяет силу, специ­фичность и адекватность ответа. Важная роль мембран в передаче и хранении информации связана с кооперативными структурными переходами в них. Эти переходы могут индуцироваться изменениями в липидах и белках. Не только кратковременная, но и долговременная память связана с изменением структуры липидного бислоя синапти­ческих мембран. И кратковременная, и долговременная память зави­сят от перехода липидов в одно и то же новое жидкокристаллическое состояние.

Современный уровень знаний о синаптической пластичности и эн-донейрональных процессах, участвующих в механизме памяти, доста­точно высок. Поэтому накопленные факты позволяют успешно изу­чать целенаправленное воздействие на синтез протеинов и других спе­циализированных веществ на привыкание, ассоциативное обучение и другие разнообразные формы пластичности нервных клеток. Наибо­лее интересны результаты опытов, связанных с изучением пластич­ности по показателям электрической активности нейронов и ее изме­нений под воздействием веществ, избирательно влияющих на метабо­лические процессы нервных клеток.

Есть попытки разделить электрофизиологическую феноменоло­гию по этапам становления следа памяти на основе выявления ее чув­ствительности к действию ингибиторов синтеза протеинов. Напри­мер, исследования Е.Н. Соколова и А.Г. Тер-Маргарян (1984) показа­ли, что применение анизомицина затрагивает только долговременное хранение энграммы привыкания. Проводилась длительная регистра­ция электрической активности идентифицированного нейрона. При­выкание прослеживалось в течение нескольких суток как в условиях нормы, так и после введения в омывающий раствор анизомицина.

Предполагается, что в основе долговременной памяти лежат дол­говременные изменения хемореактивных свойств мембраны нейро­нов. Проверка этого предположения приводит к необходимости про­дления времени наблюдений за модификациями свойств хемореак-тивной мембраны во время обучения. Исследования показали, что при контроле за синаптическими процессами привыкания к орто-дромной стимуляции у идентифицированного нейрона виноградной

154