Генетические и биологические основы ассоциативного научения

Генетические исследования подтверждают участие связанных с цАМФ вторичных посредников в процессах научения. Существуют три разновидности мутантов дрозофилы, имеющих дефекты разных звеньев системы цАМФ, что сопровождается нарушениями процесса научения и образования долговременной памяти. У таких мутантов не удаётся выработать как условные рефлексы, так и сенситизацию, что указывает на общность механизмов образования долговременной памяти при ассоциативном и неассоциативном научении. Избирательная блокада одного из регуляторных белков, участвующих в экспрессии гена для цАМФ у нормальных дрозофил тоже приводит к утрате способности образовывать долговременную память, однако не затрагивает кратковременную.

Не следует считать, что в основе процессов научения и памяти лежат только связанные с цАМФ обменные процессы, поскольку это не единственный вторичный посредник. При других формах научения используются иные системы вторичных посредников, а выше описанные механизмы простых форм научения могут комбинироваться с другими молекулярными процессами, приводя в итоге к образованию не только имплицитной, но и эксплицитной памяти.

Условный рефлекс у животного можно образовать в результате сочетания отнюдь не любых двух стимулов, а только при использовании такой их комбинации, которая имеет для животного биологическое значение. Объясняется это тем, что основой образования условных рефлексов является существующая топография нейронных связей и переключений между нейронами, поэтому не любое совпадение во времени двух любых стимулов приведёт к образованию долговременной памяти об этом событии. Только при условии существования между двумя сенсорными путями нейронного соединения, пусть даже с неэффективной изначально синаптической передачей, может образоваться условный рефлекс. Например, у кролика можно выработать классический условный рефлекс (одна из форм имплицитной памяти), если подавать звуковой сигнал непосредственно перед действием на роговицу глаза струи воздуха, выпускаемой из баллона, что всегда вызывает врождённый мигательный рефлекс. После нескольких сочетаний звукового сигнала с попадающей на роговицу воздушной струёй образуется условный мигательный рефлекс, который состоит в том, что кролик мигает в ответ на звуковой сигнал.

В образовании этого условного рефлекса участвует мозжечок: после повреждения очень небольшой его части условный рефлекс исчезает, хотя безусловный мигательный рефлекс сохраняется. Условнорефлекторный ответ исчезает и вследствие микроинфузии (введения действующего начала с помощью микроканюли) антагониста ГАМК мусцимола в область нейронного переключения между мозжечком и красным ядром. Но, если при повреждении мозжечка условный рефлекс исчезает навсегда, то после введения антагониста ГАМК - примерно на сутки, а затем, когда действие мусцимола прекратится, рефлекс восстанавливается. С этими наблюдениями хорошо согласуются давно известные данные о нарушении приобретённых моторных навыков после поражений мозжечка у людей: они также свидетельствуют о нарушенной имплицитной памяти.

Имплицитная и эксплицитная формы памяти у человека нередко оказываются связанными друг с другом. Так, например, можно выработать условный оборонительный рефлекс при следующих условиях: испытуемый кладёт ладонь на металлическую решётку, присоединённую к источнику напряжения. Включается сигнальная лампочка и сразу же через решётку пропускается ток. Лёгкий удар тока заставляет испытуемого отдёргивать руку от решётки, вскоре он делает это при одном лишь включении лампочки. Здесь можно говорить об образовании моторного навыка, об имплицитной форме памяти. Но этот же человек будет убирать руку с решётки после включения сигнальной лампочки и тогда, когда рука прикасается к ней не ладонью, а к тыльной стороной кисти. В этом варианте убирать руку придётся не выученным ранее способом, что возможно только при использовании эксплицитной памяти.

 

8.4. Структуры мозга, необходимые для образования памяти

В образовании памяти одновременно участвуют многие структуры мозга: в нём нет единственного места хранения памяти (Справка 8.3), и, в зависимости от характера приобретаемого опыта, следы долговременной памяти сохраняются в тех регионах, которые необходимы для его приобретения. Результаты экспериментальных исследований и клинических наблюдений указывают на участие в механизмах образования и использования долговременной памяти таких структур мозга как гиппокамп, обонятельный мозг, миндалины, базальный передний мозг. Необходимыми для сохранения следов эксплицитной памяти регионами являются вторичные проекционные области коры больших полушарий и ассоциативная кора. Сохраняемые следы памяти обычно соответствуют функциональной специализации отдельных областей коры: вторичные зрительные области хранят зрительную память, слуховая кора – слуховую, сенсомоторные области, наряду с мозжечком и базальными ядрами, используются для фиксации следов памяти о выработанных двигательных навыках. Префронтальная кора играет незаменимую роль в хронологической организации событий памяти.

Поводом к возникновению процессов, приводящих к образованию энграмм памяти, могут быть новые, неожиданные воздействия среды или, напротив, исчезновение привычных либо ожидаемых событий. Место, в котором происходят такие процессы, зависит от модальности сенсорных впечатлений, а также комплексности происходящих событий, в тех случаях, когда необходимо участие нескольких вторичных сенсорных областей коры и ассоциативной коры. Оно определяется необходимостью использования ранее образованных следов памяти и требует активации внимания, в связи с чем происходящие процессы оказываются в зависимости от модулирующих многие синаптические переключения дивергентных систем мозга. Нейроны дивергентных систем представлены несколькими ядрами ствола, в качестве нейротрансмиттеров они используют биогенные амины. Наконец, важная роль принадлежит лимбическим структурам мозга, от которых зависит эмоциональный фон, ускоряющий или замедляющий процесс научения.

Однако даже обнаружение места хранения энграмм памяти не позволяет объяснить механизм воспоминания, извлечения её следов. Эту ситуацию можно сравнить с памятью, хранимой на компактном диске: для извлечения записанной на нём информации необходим компьютер. По тому же принципу хранимую в определённых структурах мозга память удаётся извлекать только с участием других регионов мозга, непосредственно в хранении не участвующих. Извлечение следов эксплицитной памяти (семантической или биографической) сопряжено с необходимостью осознавать информацию и преобразовывать её в форму, соответствующую речевой деятельности. Нейронные механизмы бодрствования, внимания и речевой деятельности не установленным к настоящему времени способом взаимодействуют с механизмами активации синапсов, участвующих в консолидации следов памяти и расположенных в разных регионах мозга.

 

8.4.1. В образовании эксплицитной и имплицитной памяти участвуют разные структуры мозга

В самом начале второй половины ХХ столетия 27-летнему канадцу Генри М. (обычно его обозначают инициалами H.M.), страдавшему на протяжении последних 10 лет жизни от жестоких приступов эпилепсии, нейрохирурги удалили медиальные отделы височных долей, являвшиеся источником возникновения эпилептической активности мозга (Рис. 8.9). В результате оперативного вмешательства проявления эпилепсии существенно уменьшились, но пациент полностью утратил способность к образованию долговременной памяти. Н. М. оказался первым человеком, с которым такое случилось, а подобные нарушения получили название антероградная амнезия. Причиной возникновения антероградной амнезии у Н. М. оказалась двусторонняя утрата гиппокампа, располагающегося в медиальных отделах височных долей.

После перенесённой операции пациент полностью сохранил свой интеллект и словарный запас, но целиком утратил способность к образованию новых следов памяти, хотя и ничего не забыл из своего прежнего опыта. Новую информацию он мог сохранять в кратковременной памяти на протяжении примерно одной минуты, например, удерживал в памяти трёхзначное число только благодаря непрерывному повторению, но, если в этот момент его отвлекали, тотчас забывал запоминаемое число. Большие трудности он испытывал в связи с пространственной ориентацией: после переезда в новый дом не мог найти его без посторонней помощи. Больной осознавал свой дефект и говорил об этом: " я забываю ежедневные события так же быстро, как они происходят".

С утратой гиппокампа нарушился механизм переноса информации из кратковременной памяти в долговременную, однако у этого больного, как и ещё у нескольких пациентов с нарушением памяти в виде антероградной амнезии удалось обнаружить способность к приобретению новых моторных навыков (Справка 8.4).Получение новых навыков происходило в результате часто повторяющихся автоматизированных действий, не требующих осознания или комплексной когнитивной деятельности. Больные не связывали свои успехи с регулярной тренировкой, поскольку ничего о ней не помнили, а если им пытались указать на связь между достигнутым результатом и предшествующими упражнениями, то они утверждали, что выполняют эти упражнения впервые. У таких пациентов сохранилась способность к образованию условных рефлексов, т.е. ассоциативных форм научения, а также к габитуации и сенситизации. Навыки, которыми они были в состоянии овладеть, всегда удовлетворяли двум отличительным признакам: они совершались автоматически и не требовали сознательной когнитивной деятельности. Пациенты реагировали на стимулы или на указания и вспоминали приобретённые навыки почти неосознанно, что характерно для имплицитной памяти.

Таким образом, двусторонняя утрата гиппокампа приводит к нарушению образования эксплицитной долговременной памяти, но не влияет на формирование долговременной имплицитной памяти, что указывает на разную локализацию следов этих форм памяти. В пользу такого представления свидетельствуют и наблюдения, демонстрирующие избирательное нарушение только имплицитной памяти (например, при поражениях мозжечка).

 

8.4.2. Экспериментальные исследования роли гиппокампа в образование следов памяти

Утрата способности к образованию долговременной памяти вследствие удаления гиппокампа у человека стимулировала проведение экспериментов, в ходе которых определялась способность животных к образованию новых поведенческих навыков и/или сохранению приобретённых ранее после двустороннего удаления у них гиппокампа. В других экспериментах с помощью вживлённых в мозг электродов регистрировалась активность отдельных нейронов гиппокампа в процессе образования новых поведенческих навыков. Чаще всего подопытных животных обучали ориентироваться в лабиринте, где им предстояло методом проб и ошибок найти пищу или воду для питья, и запомнить это место, чтобы в следующий раз приходить к нему кратчайшим путём. Научение такого рода связано с первоначальным исследованием животными незнакомого пространства лабиринта в ходе поискового поведения, а затем, когда образуется долговременная память, приобретением умения безошибочно ориентироваться в этом пространстве (Справка. 8.5).

После удаления гиппокампа выработанные прежде навыки не исчезают, что говорит о том, что гиппокамп не является местом хранения долговременной памяти. Однако лишённые гиппокампа животные не могут научиться ориентироваться в незнакомых лабиринтах. Из этого следует вывод о том, что гиппокамп необходим для преобразования кратковременной памяти в долговременную. С помощью вживлённых электродов, регистрирующих активность отдельных нейронов гиппокампа, удалось обнаружить, что во время пространственного научения большая часть клеток гиппокампа генерирует потенциалы действия с частотой, близкой к тэта-ритму электроэнцефалограммы (4-7 Гц). Считается, что этот ритм отражает концентрацию внимания, необходимого для активной деятельности животных во время обучения.

Некоторые клетки гиппокампа активируются только при посещении животным определённого участка лабиринта. Такие нейроны получили название «клеток мест», роль которых, видимо, состоит не только в топографическом отображении пространства, но также в определении значения пространственных ориентиров для совершаемых действий. В связи с этим гиппокамп стали представлять как когнитивную (познавательную) карту, отражающую распределение нейронных сетей, связанных с процессом познания и деятельностью мозга в целом. Эта функция не является специфичной исключительно для гиппокампа, поскольку и в других регионах мозга позже были обнаружены клетки, активные лишь тогда, когда животное оказывалось в определённом месте и выполняло определённые действия.

 

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться: