Человек сложнее улиточки?

Вот смотрите, что мы поняли про аплизию. Ей для обучения обычно нужно три нейрона. В случае рефлекса втягивания жабр – сенсорный и моторный, которые проводят сигнал, и еще интернейрон, который выделяет серотонин. Этот серотонин инициирует перестройки в синапсе между сенсорным и моторным нейроном, причем в первую очередь за счет изменений в первом из них.

Пока Кандель совершал открытие за открытием, изучая аплизию, другие нейробиологи возились с гиппокампом млекопитающих. Это та самая зона мозга, которую в первой главе удалили Генри Молисону, после чего он лишился способности формировать долгосрочные воспоминания. Работать с гиппокампом гораздо сложнее, чем с абдоминальным ганглием аплизии, нейроны там мелкие, их очень много, эксперименты трудоемкие, результаты противоречивые. Но многие коллеги Канделя сохраняли надежду – и правильно делали. Еще в 1966 году именно в экспериментах на гиппокампе удалось впервые показать, что проводимость синапсов в принципе увеличивается после того, как через них пропустили электрические импульсы (это называется “долговременная потенциация”), а потом и описать молекулярные механизмы, которые ее обеспечивают[158]. И в целом получилось, что у млекопитающих, по сравнению с аплизиями, выше роль изменений не в первом, а во втором нейроне цепочки. И что, по?видимому, это усиление проводимости в синапсе с большей вероятностью может сохраниться и перейти в долговременную память и без участия какого?то дополнительного третьего интернейрона.

Если на этом месте вы подумали: “Ну и зачем Ася столько времени рассказывала нам про каких?то улиток, если у млекопитающих по?другому?” – то я хочу вас сразу от этого предостеречь. Сходства между нами намного больше, чем различий[159], – эволюция вообще легко меняет всякие несущественные детали типа формы тела и количества лапок, но очень консервативна в том, что касается жизненно важных молекулярных механизмов. У аплизии, по?видимому, усиление проводимости синапса происходит и за счет изменений в постсинаптическом нейроне тоже[160]. У млекопитающих присутствует и регуляция памяти с помощью интернейронов, просто ее намного сложнее изучать, чем у аплизии, и поэтому до сих пор накоплено мало хороших примеров. Но, скажем, еще в 2001 году Сабина Фрей и ее коллеги экспериментировали с крысами, в мозг которых были вживлены электроды[161]. Животным стимулировали зубчатую извилину (ее можно рассматривать как часть гиппокампа, и она точно связана с памятью и пространственным мышлением). После стимуляции возбудимость нейронов повышалась, но за восемь часов падала до прежнего уровня. Или не падала. Зависит от того, посылали ли крысе импульсы еще и на амигдалу. Активная амигдала резко замедляет затухание возбуждения в гиппокампе. Видимо, как раз потому, что отростки ее нейронов контактируют с синапсами гиппокампа, поливают их нейромедиаторами (в данном случае в первую очередь норадреналином) и усиливают долговременную потенциацию, то есть резко повышают вероятность того, что структурные изменения произойдут прямо с первого раза.

Вот ровно об этом я думала, дорогой читатель, этими самыми словами, когда два дня назад судьба занесла меня в “Макдоналдс” на Охотном Ряду. Вообще?то я его избегаю, но когда нужно быстро и дешево поесть понятной еды в центре города, то вариантов особо нет. А избегаю я его потому, что меня там начинает трясти. Потому что в прошлый раз я туда заходила после того, как три часа подряд позорно липла к человеку, в которого безнадежно и пламенно влюблена. Он, скорее всего, горестно думал: “Ну вот че она? Нормально же сидели” – и пытался мягко от меня отвязаться, но я была непреклонна и решительна, как бронетранспортер. И уж точно проявляла в тот вечер ничуть не больше интеллектуальных способностей, чем улиточка. И у меня, как и у нее, сработала гетеросинаптическая пластичность. То есть амигдала моя, осознав, что наша с ней репутация разрушена безвозвратно, начала со страшной силой посылать импульсы в гиппокамп, чтобы я, по крайней мере, твердо запомнила, в каком месте со мной случилось ужасное, и больше никогда туда не ходила. Вообще у меня к ней много претензий по поводу того, что она могла бы включиться и на три часа раньше, но в присутствии объекта ей приходится преодолевать конкуренцию с прилежащим ядром, а оно у меня тоже эволюционно древнее и довольно мощное.

Влюбленности вообще хорошо подходят, чтобы словить интуитивное понимание того, как работают обучение и память. В конце концов, эти функции миллионы лет эволюционировали не ради того, чтобы мы были способны брать интегралы и дочитывать до конца эпилог “Войны и мира”. Задача была сложнее: повысить вероятность того, что мы выживем, найдем себе убежище, пропитание и половых партнеров. Соответственно, нужна была способность запоминать, где опасно, а где хорошо, какие наши действия приводят к тому, что нам больно, а какие – к тому, что нам приятно. Это уже потом выяснилось, что иногда для того, чтобы платить за квартиру и производить впечатление на девушек, оказываются полезны интегралы или “Война и мир”. И соответственно, мы до сих пор особенно круто умеем запоминать те обстоятельства, которые сопровождали эмоционально значимые события. Например, те песенки, которые были в моде во время острой стадии нашей влюбленности и, соответственно, постоянно крутились по радио, когда мы думали о потенциальном партнере (мы же все время о нем думали, не так ли?). В результате условный Игорь до сих пор железобетонно ассоциируется у меня с “I just cannot fight this feeling, we should be lovers, we should be lovers” (хотя я уже давно не думаю, что we should, но в 2010 году эта песня звучала из каждого утюга), а условный Андрей – с “Завтра в семь двадцать две я буду в Борисполе”, модной в 2012?м (хотя, честно говоря, если я встречу Андрея на улице, я вряд ли его вообще узнаю). Уверена, что, если вы когда-нибудь были влюблены, вы сможете без проблем набросать собственный аналогичный список.

Что при этом происходит в мозге? Вот смотрите. У влюбленного человека есть довольно большая и активная нейронная сеть, которая постоянно думает про объект его страсти. И еще есть нейронные сети, которые отслеживают происходящее вокруг, в частности такая, которая слышит и узнает песенку. Между нейронной сетью “объект” и нейронной сетью “песенка” где?то есть контакт. Просто потому, что между любыми нейронными сетями где?то есть контакт. Как-никак у каждого нейрона примерно 10 000 синапсов. (Это как автодороги, по которым можно доехать от Липецка до Парижа, ни разу не съезжая с асфальта.) А на этом синапсе, соединяющем объект и песенку, есть специальные молекулы – детекторы совпадений. Они регистрируют, что эти две нейронные сети были активны одновременно. И делают связь между ними более прочной. Физически.

Понятно, что учебники по нейробиологии[162] рассказывают нам не про любовь, а про эксперименты с электродами, вживленными в гиппокамп. Вот у вас там есть два нейрона. От первого ко второму идет аксон (тот отросток, по которому нейрон отправляет информацию соседям; еще бывают дендриты, которые, наоборот, собирают информацию). Вы этот аксон стимулируете, но совсем немного. Так, что сигнал по нему идет совсем слабый и даже не вызывает никакого потенциала действия во втором нейроне, с которым контактирует. Выделил чуть?чуть нейромедиаторов, но для запуска активности не хватило. Естественно, после этого вы не наблюдаете никакой долговременной потенциации, никакого усиления проводимости синапса. Но – внимание! – если вы одновременно в пределах 100 миллисекунд простимулируете и второй нейрон, то тогда долговременная потенциация как раз возникнет. Причем существенно, что она возникнет не во всех синапсах второго нейрона, а только в том, который одновременно получил слабый, подпороговый, но все?таки существующий входящий сигнал.

Это классический принцип Хебба, помните? Cells that fire together wire together. Для того чтобы усиление проводимости синапса произошло, нужно, чтобы второй нейрон одновременно и сам был возбужден, и получил нейромедиаторы от первого. Необязательно стимулировать второй нейрон именно с помощью электродов, вставленных в него, – можно добавить в систему третий нейрон. Теперь вы делаете так: на нейрон № 2 приходят одновременно слабенький сигнал от нейрона № 1 и сильный возбуждающий сигнал от нейрона № 3. И – та-дам! – у второго нейрона усиливается связь не только с третьим, но и с первым. Но не с остальными 9998, с которыми он взаимодействует. Что происходило одновременно, про то и запомним, что оно как?то связано друг с другом. Про все остальное ничего не запомним.