Тайны памяти

Кладовая

Весьма заманчиво найти хранилище человеческой памяти. Где только его не искали! Не сразу додумались заглянуть в черепную коробку. Кладовку искали в желудке, и в сердце, и во многих других закоулках человеческого тела. Отголоски этих представлений и по сей день можно встретить в художественной литературе.

Если быть предельно объективным, то «память сердца» не только поэтический образ, но до некоторой степени реальная действительность. После каждого сокращения сердца на 30–50 секунд понижается возбудимость сердечной мышцы. Она как бы сохраняет воспоминание о только что сделанной работе. Любая клетка тела имеет подобную память, но речь не о ней.

Первые успехи в поисках кладовой были сделаны в лабораториях И. П. Павлова. После удаления у собак участков коры больших полушарий, связанных со зрением и слухом, нарушались условные рефлексы на сложные зрительные и звуковые раздражители. Животные не могли их запомнить. Значит, здесь и сосредоточена память о зрительных, слуховых, двигательных впечатлениях. Постепенно накапливались данные, свидетельствующие о том, что все приобретенное нами хранится в самых верхних этажах «чердака», в нейронах коркового вещества больших полушарий мозга. Это все, что мы сейчас знаем о кладовой мозга.

У нас на «чердаке» локализуется высшая специфически человеческая память. Способность запоминать более простые события присуща всем остальным отделам нервной системы. Это нетрудно продемонстрировать. У крысы после удаления правой половины мозжечка тонус мышц — сгибателей конечностей справа усилится, а на противоположной стороне ослабнет: правые конечности окажутся согнутыми, а левые вытянутыми. Если теперь сделать еще одну операцию, отделить головной мозг от спинного, тонус мышц правых и левых конечностей тотчас же уравняется, так как пути от мозжечка к спинному мозгу окажутся разрушенными и его влияние прекратится. Подобная операция, проведенная спустя 45–53 минуты после первой, асимметрии мышечного тонуса уже не исправит. За 40 минут спинной мозг успел усвоить новую установку мозжечка и, лишившись руководства, поддерживает нужный тонус мышц по памяти.

Усилия ученых направлены главным образом на выяснение способов консервации наших знаний. По существу, мы очень недалеко ушли от Сократа, который считал, что в человеческом мозгу находится восковая табличка, куда записывается все, что следует запомнить. Регулярные вскрытия человеческих черепов давно принудили отказаться от восковых табличек, но многие новые теории памяти имеют равную достоверность.

Большинство группируется вокруг одной из двух основных идей. Предполагается, что записи в мозгу производятся или с помощью возникновения нового узора связей между нервными клетками, или путем каких-то биохимических изменений. Главный аргумент сторонников биохимической теории — генетическая информация, иными словами — память вида. Она записана на молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

Молекулы ДНК очень большие. Их молекулярный вес достигает 6–12 миллионов. Они состоят из огромного количества нуклеотидов: у крысы их 15 тысяч, а у человека до 40 тысяч. Если развернуть спираль ДНК и выпрямить, она растянется на несколько миллиметров. Общая длина молекул ДНК одной клетки человека, соединенных вместе, около двух метров, а длина нити, составленной из всех молекул ДНК человеческого тела, достигнет 15 миллиардов километров.

Каждая молекула состоит из двух нитей, скрученных в плотную спираль. Нуклеотиды, из которых она построена, служат основой для «кодирования» информации. В генетическом алфавите всего четыре буквы (четыре нуклеотида: аденин, тимин, цитозин и гуанин). Из них можно составить 4^{40 000} сочетаний, то есть 4^{40 000} слов. С помощью «словесного» материала молекул ДНК одной нервной клетки человеческого мозга можно закодировать содержание тысячи книг по тысяче страниц каждая! Это объем средней человеческой памяти, а в одной коре больших полушарий около 10–16 миллиардов нейронов!

Привлекательность химической теории — в ее оптимистичности. Если теория верна, прогресс психического развития человечества ничем не ограничен и не потребует дополнительного развития мозга. Молекулы ДНК даются каждому организму пожизненно: они возникают одновременно с возникновением нейрона и сохраняются до конца жизни, что очень удобно для использования памяти «на всю жизнь». Вряд ли в организме существуют вещества более постоянные.

Против причастности ДНК к памяти выдвигается много возражений. Одно из них состоит в том, что все возможности для кодирования информации в молекулах ДНК полностью израсходованы для записей генетических инструкций. Это серьезное возражение. ДНК, как возможный носитель памяти, большинством ученых третируется.

Более признанный кандидат РНК (рибонуклеиновая кислота). Ее молекулы также достаточно велики, хотя в сравнении с ДНК они карлики. Состоят они всего из одной цепочки. Ее толщина 10–15, длина около 100 ангстрем. Молекулы РНК синтезируются всю жизнь. Матрицей для них служат некоторые участки нитей ДНК. В свою очередь, РНК является матрицей для производства белка.

Предполагается, что нервный импульс, приходя в очередной нейрон, вызывает какую-то замену в нуклеотидной последовательности РНК или изменения вторичной структуры. Нить молекулы РНК свернута в виде восьмерки или нескольких петелек. Это и является ее вторичной структурой. Видимо, измененная молекула способна легче отзываться на породивший ее нервный импульс или сама вызывать его генерацию.

Кроме ДНК и РНК, как возможные носители памяти высоко котируются белки. Любое изменение порядка нуклеотидов в молекуле ДНК сейчас же приведет к синтезированию видоизмененной РНК, а она, естественно, начнет собирать новый, ранее отсутствовавший в клетке белок. Каждый нестандартный белок может стать памяткой в записной книжке нашего мозга.

Забегая немного вперед, я должен сказать, что роль белков как носителей памяти, точно так же как ДНК и РНК, пока никем не доказана. В пользу белка свидетельствует довольно веский аргумент: участие в одном из особых видов памяти. Речь идет об иммунитете. Запомнить белковую специфичность вредоносного агента, микроба, вируса или иного чужеродного белка, и заготовить специальные белковые вещества, способные их обезвредить, — разве это не является памятью организма об испытанных воздействиях? А раз белок уже проявил свои способности, почему не допустить, что он используется мозгом.

Кроме перечисленных веществ, в нервной клетке найдется и иной материал, способный быть носителем памяти. Очень перспективны липиды, которых много в клеточных мембранах, хотя они почему-то пока не привлекают внимания исследователей.

Был зимний холодный вечер. Из затянутого тяжелыми тучами неба на землю сыпался снег. Порывистый ветер подхватывал его на лету, закручивал в снежные вихри и нес по направлению к морю. Михаил Р., подняв меховой воротник, ссутулившись и втянув голову в плечи, быстро шагал по пустынной набережной Фонтанки. Он уже подходил к своему дому, когда из соседней подворотни донесся призыв о помощи. Прибавив шагу, Михаил свернул под арку. В слабом свете тусклой электрической лампочки он увидел рыжеволосую девицу, которая тщетно пыталась вырваться от двух парней, явно нетвердо стоявших на ногах.

Не теряя времени, Михаил бросился на ближайшего обидчика и сбил его с ног, но, в свою очередь, получил такой удар, что чуть не вылетел за ворота. На этом поединок закончился. Мгновенно протрезвев, хулиганы поспешно ретировались.

Сознание вернулось к Михаилу еще в «скорой». В больнице констатировали не слишком сильное сотрясение мозга. В таких случаях полагается строгий постельный режим на 10–15 дней.

Расследование происшествия было поручено молодому, совсем еще неопытному, но весьма старательному следователю. Допрос пострадавшей не помог розыску. Она то ли от страха забыла, то ли из боязни последствий не хотела вспомнить приметы своих обидчиков.

Потерпев первое фиаско, следователь отправился в больницу. К его крайнему удивлению, Михаил не только не мог помочь следователю, но он вообще не помнил, что с ним произошло и почему оказался в больнице. Даже рыжеволосая девица не оставила в его памяти ни малейшего следа. Только к концу десятидневного пребывания в больничной палате он стал смутно припоминать, что, возвращаясь домой, услышал призыв о помощи и бросился на выручку. Но что произошло в подворотне, он так никогда и не вспомнил.

Будь следователь более опытным, глубокая забывчивость пострадавшего его бы не удивила. В психологии памяти давно известно два удивительных феномена: посттравматическая ретроградная амнезия (провал памяти) и увеличение прочности заученного материала через несколько часов после окончания урока.

Феномен ретроградной амнезии состоит в том, что при временной потере сознания, по какой бы причине она ни произошла, человек начисто забывает события, непосредственно предшествовавшие потере сознания.

Оба упомянутых феномена свидетельствуют о том, что фиксация нового материала не происходит мгновенно, а требует известного времени. Если в этот период прекратить хотя бы на короткий срок работу мозга, фиксация серьезно нарушается. Зато, как метко подметил Н. А. Некрасов, ежели «втемяшилась в башку какая блажь, колом ее оттудова не выбьешь…». Прочно зафиксированный памятью материал, не повреждая мозга, вытравить практически невозможно.

Исследователи давно пришли к выводу, что существует два вида памяти: короткая и долгосрочная. Первая предназначается для планирования непосредственного поведения. Весь материал, которым она располагает, хранится только до той поры, пока он нужен, а затем полностью стирается. Вот почему ее нередко называют оперативной памятью. В долгосрочной памяти материал хранится неизмеримо дольше, многие месяцы и годы, практически всю жизнь.

Никому не известно, через какой срок подручный материал памяти передается из диспетчерских отделов мозга на постоянное хранение. Зимой 1969 года в Гагре собрались на симпозиум 40 ведущих ученых страны, чтобы обсудить успехи в изучении памяти. Они не смогли установить, через какой срок функциональные изменения переходят в структурные.

Значительная разница в сроках хранения объясняется серьезными различиями в способах фиксации воспринимаемого материала. Кратковременная память связана с какими-то функциональными изменениями в работе мозга, предполагают, что с длительной циркуляцией нервного импульса в замкнутой цепи нейронов. Если она происходит достаточно долго, в нейронах могут возникнуть структурные изменения, и память станет долгосрочной.

Связь кратковременной памяти с функциональными изменениями весьма вероятна, но я не уверен, что в течение часов и дней по орбитам нейронных цепей мозга гуляют импульсы, неосторожно запущенные мною.

Каждую субботу я планирую дела на всю неделю. В понедельник утром опустить письмо, днем повторить 153-й опыт, вечером подготовить материалы доклада, перед сном просмотреть пару книг. И так на все 7 дней. Неужели с субботы в моем мозгу так и крутится: «Не забыть письмо. Повторить 153-й опыт. Сделать график. Не забыть письмо!!!» День спустя: «Письмо опустил. 153-й опыт повторил. Не забыть график. В пятницу с двух до трех не будет электричества. Письмо уже опустил. 153-й опыт повторил. Не забыть график!»

Если факты убедят меня в циркуляции импульсов, немедленно куплю магнитофон, буду на него надиктовывать планы, и пусть он крутится, а я стану спать спокойно. Собственный мозг дороже, ведь нейроны не возобновляются. Никто не знает, не возникает ли «трения» при вращении нервных импульсов, не снашиваются ли при этом нейроны.

Память относится к числу психических явлений, над которыми люди задумываются уже не меньше шести — восьми тысячелетий. Наиболее интенсивно изучается долгосрочная память. Чаще всего используют два излюбленных приема: ретроградную амнезию и реакцию пассивного избегания. Обычно опыты ставят на белых мышах или крысах. Ретроградную амнезию вызывают пропусканием электричества через голову животного, вызывая непродолжительный шок.

Реакция избегания — особый условный рефлекс. Для ее образования используют нехитрую установку. Животное помещают на ярко освещенную полочку или сажают в небольшую, ярко освещенную камеру. В обоих случаях животное может спрятаться от неприятного для него света, уйти через отверстие в темное помещение. Обычно подопытная мышь это незамедлительно и проделывает, не предполагая, какой подвох приготовлен экспериментатором. Как только животное переступит порог, за ним захлопывается дверца, и через пол, оплетенный паутинкой проводов, начинают бить током.

Процедура продолжается долго, 30–50 секунд, чтобы крыса хорошо запомнила, что сюда соваться не следует. И действительно, одного раза достаточно, чтобы реакция избегания образовалась. Крыса, выпущенная в ту же камеру повторно, будет щуриться от неприятного света, жаться к стенкам, но в отверстие больше не пойдет или пойдет туда не так быстро, как в первый раз. У нее выработался навык избегать темные углы после одного знакомства с обстановкой.

Теоретически рассуждая, можно предполагать, что сразу после столь неприятной процедуры, так сказать на свежую память, она ни в коем случае вновь туда не сунется. Ничуть не бывало. Если крысу через пять секунд извлечь из темного отсека и опять поместить в освещенную часть установки, она с еще большей поспешностью бросится в открытое отверстие.

Должно пройти больше двух минут между неприятной процедурой и повторным экспериментом, чтобы у подопытного животного возникло сомнение в правильности своих поступков. Только через час рефлекс избегания окончательно упрочится. «Дозреет», как говорят исследователи.

Час времени, который проходит между первым знакомством с ситуацией и повторным испытанием, самый важный. В этот момент решается судьба информации, поступившей в мозг. Если работа мозга будет нарушена, фиксации не произойдет.

Вызывая шок электрическим раздражением мозга, можно уточнить время фиксации. Через сутки после образования навыка шок не оказывает никакого влияния на осуществление рефлекса, а следовательно, и на память. Но чем ближе к моменту окончания первого опыта раздражают мозг, чем сильнее электрический ток, тем полнее вытравливается след, оставленный первоначальной процедурой.

Что же делает электрошок? Его действие вначале трактовали как нарушение фиксаций следов перенесенных воздействий. Позже появились подозрения, что электрошок, не нарушая фиксацию, мешает «созреванию» условного рефлекса. Некоторые основания для этого имелись.

Вскоре после процедуры обучения электрошок уничтожает все воспоминания, однако, если осторожно напомнить животному, память восстановится. Делается это просто. Мышку, забывшую во время электрошока предыдущую неприятность, раздражают электричеством. Процедуру напоминания стараются проводить в другом помещении, полностью изменяют обстановку опыта, чтобы она внешне не напоминала первоначальный эксперимент.

Раздражение электричеством восстанавливает память. После процедуры «напоминания» мышонок так, за здорово живешь в какую-то дырку не полезет. Значит, память хранила нужную информацию, но почему-то мышка не могла ею воспользоваться.

Есть другой способ вернуть память, уничтоженную электрошоком. Некоторые вещества способны возродить воспоминания, как проявитель делает видимым изображение, скрытое на фотопластинке. Особенно хорошо действует стрихнин, введенный до электрошока. Даже спустя три часа он еще способен оживить следы памяти. Только в одном случае стрихнин окажется бессильным, если электрошок нанести в течение минуты после обучения. Тут уже ничто не поможет.

Опыты по восстановлению памяти породили новые представления. Скорее всего фиксация информации проходит два этапа. Во время первого, очень короткого, исчисляемого всего несколькими десятками секунд, возникает матрица, отпечаток с информации, достигшей мозга. Электрошок, нанесенный тотчас после процедуры обучения, помешает ее возникновению, но бессилен ее разрушить, если она уже образовалась. Зато, воздействуя на вторую фазу фиксации, он сделает матрицу неактивной.

В этом случае память зафиксирует и будет хранить массу важных для организма вещей, но не сможет ими воспользоваться. Знания будут лежать в мозгу мертвым грузом. Стрихнин и процедуры напоминания, видимо, создают аппарат, позволяющий пользоваться матрицей.

Гораздо труднее для изучения кратковременная память, хотя иногда простые наблюдения за животными позволяют собрать уникальный материал. В числе первых советских физиологов, рискнувших обнародовать свои наблюдения над памятью животных, был В. Я. Кряжев. Выступая на одном из совещаний, он рассказывал, как однажды ему довелось проникнуть в глубины оперативной памяти вороны.

Дело было летом на даче. В полдневный зной ворона обнаружила на открытой веранде тарелку с куриными яйцами. Оглядевшись по сторонам и убедившись, что никого вблизи нет, осторожная птица украла яйцо. Через 20 минут она прилетела за другим, затем за третьим.

Кряжева заинтересовало: запомнит ли ворона, унеся последнее яйцо, что больше на веранде поживиться нечем. Когда оно было украдено (как выяснилось из вопросов, заданных докладчику, яйца принадлежали соседу), экспериментатор удвоил внимание. Похитительница не вернулась. Оперативная память вороны в пределах 20 минут работала идеально. Природа щедра на подобные эксперименты, но, чтобы подсмотреть их, необходимо счастливое стечение обстоятельств.

Когда хотят изучать кратковременную память, поступают следующим образом: на глазах у подопытного животного в одну из двух-пяти кормушек кладут корм. Кормушки устроены так, что животное не может видеть корм и ощущать его запах. Экспериментатор не дает животному тотчас же съесть пищу. Только выждав известное время, животному дают доступ к кормушкам. Постепенно увеличивая интервал, устанавливают длительность краткосрочной памяти. Она оказалась не такой уж короткой: собаки и обезьяны способны помнить о корме несколько дней.

Этот эксперимент для высших животных достаточно прост. Обычно его стремятся усложнить. Корм кладут в кормушки скрытно от животного. На заряженную кормушку указывает специальный раздражитель — загорающаяся лампочка или звук звонка, расположенные над ней.

Чтобы узнать, как долго сохраняются воспоминания о внешних раздражителях, животному предъявляют друг за другом два звука или две картинки. Если они совершенно одинаковы, то животное, нажав на рычаг кормушки, сможет достать корм. Когда раздражители разные, кормушка окажется запертой. Увеличивая интервал между действием раздражителей, удается установить, сколько времени животное может помнить первый из них достаточно хорошо, чтобы сравнить его со вторым.

Чтобы узнать, как долго животное помнит совершенное им действие, применяют Т-образный лабиринт. Крыса получает корм только в том случае, если бегает по очереди в правый и левый рукав лабиринта. Когда интервал между очередными прогулками по лабиринту достаточно велик, животное забывает, в какой последовательности бегало предыдущий раз, и начинает путаться.

Краткосрочная память — необходимое условие для образования долгосрочной, однако не всякая краткосрочная память переходит в долгосрочную. Вводя животным специальные препараты, угнетающие в мозгу синтез белков, удается затормозить развитие долгосрочной памяти. У золотых рыбок и крыс в течение одного опыта легко вырабатывался условный рефлекс. Однако уже через несколько часов он разрушался. Можно три-пять дней заново вырабатывать рефлекс, а он за ночь каждый раз успеет разрушиться. Оперативная память исправна, а механизм передачи информации в долгосрочную память нарушен.

У животных, которым введены вещества, нарушающие в мозгу синтез белка, условный рефлекс удается выработать, только если между отдельными сочетаниями раздражителей будет небольшой интервал, две-пять минут. При увеличении интервала до 30–40 минут рефлекс не образуется. Кратковременная память о предыдущем сочетании успеет разрушиться раньше, чем произойдет очередное сочетание. Можно затратить несколько суток, сделать 50–100 сочетаний, но так и не добиться образования условного рефлекса.

Биохимическая теория памяти получила значительное развитие в последние десятилетия. Этому предшествовал длительный период накопления знаний о биохимических превращениях в мозговом веществе. Развитие учения об условных рефлексах вызвало интерес к биохимическим процессам, сопровождающим работу мозга. Неудивительно, что пионерами в этой области стали наши отечественные ученые, воспитанники павловской физиологической школы: А. В. Палладин, Е. М. Крепс, Г. Е. Владимиров.

В то время не существовало таких точных методов, чтобы можно было заметить биохимические изменения, вызванные однократным условным рефлексом. Они чрезвычайно малы, а время, необходимое, чтобы убить животное, извлечь мозг и подготовить к химическому анализу, столь велико, что дальнейший ход биохимических реакций умирающего мозга должен был полностью их стереть.

Вести в этом направлении поиски казалось бессмысленным. Поэтому первые исследования выполнили на животных, которых в течение длительного времени подвергали определенным воздействиям светом или звуком, заставляли здорово побегать или вволю выспаться. Предполагалось, что эти процедуры вызовут серьезный биохимический сдвиг, который не сотрется за время подготовки мозгового вещества к анализу.

Позже Владимиров внес в методику существенное усовершенствование. Он вырабатывал у крыс специальный условный рефлекс: по сигналу животное должно было выпрыгнуть из камеры через специальное отверстие наружу, чтобы не получить удара электрическим током. Когда тренировка условного рефлекса достигала нужного уровня, под отверстие подставляли сосуд с жидким воздухом, куда и попадала крыса.

Животное мгновенно замораживалось и охлаждалось почти до абсолютного нуля. При таких низких температурах химические реакции не идут. В руках экспериментатора оказывался мозг в том состоянии, какое он имел в момент осуществления условного рефлекса.

Шведский гистохимик X. Хиден — большой энтузиаст изучения памяти. Еще 30 лет назад ему удалось установить, что в процессе возбуждения в нервных клетках усиливается воспроизводство и расход РНК и синтез белка. В его опытах крысята, чтобы добраться до пищи, должны были пройти, балансируя по проволоке, изрядное расстояние. Конечно, сначала они просто падали, не одолев и половины пути.

Говорят, голод не тетка. За четыре дня крысенок мог научиться тому, на что цирковые артисты затрачивают месяцы и годы. На пятый день четвероногие эквилибристы успевали за один час 15 раз проделать путь от старта до финиша. Тогда их убивали и, найдя в продолговатом мозгу центр равновесия, выделяли из него нервные клетки, получившие название клеток Дейтерса.

Оказалось, что в каждой из них было около 750 пикограмм РНК. У крысиных братьев, все последние 5 дней сидевших в тесной маленькой клетке, было всего 680 пикограмм, то есть почти на 10 процентов меньше. Мало того, сама РНК у «акробатов» была иная, чем у контрольных животных, она содержала аденина на 11 процентов больше, чем следует, и на столько же процентов меньше урацила.

Похожие результаты были получены на взрослых крысах. Эти зверьки во время еды держат корм в лапах. Среди крыс, как и среди людей, встречаются правши и левши. Хиден заставил праворуких крыс пользоваться во время еды левой лапой. Когда они этому научились, исследовали нейроны пятого и шестого слоев двигательной коры левого «необученного» и правого «обученного» полушарий, управлявших движением лап. В «обученных» клетках оказалось РНК на 5 пикограмм больше. В них было больше аденина, гуанина и урацила и меньше цитозина. У ничему не обучавшихся крыс никаких изменений в составе РНК не было.

Поверив, что РНК имеет непосредственное отношение к памяти, канадские ученые попытались с ее помощью восстановить память людей крайне преклонного возраста. У некоторых пациентов эффект был весьма неплох, беда в том, что он держался, только пока инъекции продолжались. Предвосхищая естественный вопрос, который, вероятно, возникнет у большинства читателей, скажу, что РНК была отнюдь не человеческого происхождения, а добывалась из дрожжевых клеток.

У животных, получавших РНК, память тоже улучшилась. Крыс учили по звонку вскакивать на перекладину. Зазевавшиеся получали за нерасторопность удар электрического тока. Если животным вводили РНК, обучение шло значительно быстрее.

Перечисленные выше эксперименты отнюдь не доказали участия РНК в процессах памяти. Увеличение ее количества могло быть всего лишь сопутствующим явлением, а благоприятный терапевтический эффект нетрудно объяснить простым пополнением фонда веществ, необходимых для интенсивного обмена.

К разработке химической теории памяти привлекла внимание серия интригующих опытов на планариях, крошечных примитивных червях. Внешне они похожи на маленьких пиявочек. Форма переднего конца тела планарий напоминает миниатюрную головку. Здесь есть глаза, чаще две пары, и целая цепочка их по краю передней части тела. Однако все атрибуты головы этим и исчерпываются. Она не имеет ни головного мозга (казалось бы, непременной части головы), ни даже рта. Ротовое отверстие у них на брюхе, где-то в его центре или ближе к хвостовому концу.

Нервная система планарий состоит из нервных стволов, оплетающих тело. В местах их пересечения образуются нервные ганглии. Самый крупный ганглий находится возле глотки. Он управляет ее работой.

Планарии размножаются половым путем и делением тела. Когда им придет в голову воспользоваться последним способом, на их теле возникает одна, две или больше перетяжек, затем оно полностью разделяется, ранка подживает, на новом брюхе прорезается ротовое отверстие, а нервный узелок, оказавшийся ближе всего к глотке, приобретает некоторую степень главенства.

Я рассказал о размножении планарий специально, чтобы показать: регенерировать утраченный конец тела им несложно. Именно эта особенность планарий была использована для анализа интимных механизмов памяти. Опыты американских исследователей заинтересовали ученых всего мира.

Образовав у планарий простейший условный рефлекс — съеживаться при действии света, за которым следовал удар электрическим током, ученые рассекли подопытных животных пополам. Исследователи хотели выяснить, сохранится ли условный рефлекс после регенерации. Они полагали, что «обученная» нервная ткань с помощью каких-то химических веществ передает возникшим в процессе регенерации новым отделам нервной системы приобретенные знания. Рефлекс сохранился не только у животных, выросших из головного отрезка, но и из хвостового.

Иногда за время регенерации он мог исчезнуть. Две-три недели для крохотного червячка — огромный период, но после регенерации рефлекс вырабатывался намного быстрее, чем первоначально, и это является общепризнанным доказательством определенной степени его сохранности.

Позже опыт был усложнен. У планарий, регенерировавших из головного конца, отрезали переднюю половину тела и, дождавшись новой регенерации, выясняли состояние условного рефлекса. Эти планарии были совершенно новыми существами, в состав их тела не попало ни одного кусочка от некогда обученных животных. И все же у вновь созданных существ удалось обнаружить следы оборонительного условного рефлекса.

Сходные результаты были получены в нашей стране на амфибиях и насекомых. Их молодь проделывает сложный путь развития. У насекомых из яйца выходит личинка, мало похожая на родителей, которая растет, развивается, затем окукливается. В это время происходят кардинальные перестройки всего организма. Когда они будут завершены, из куколки выходит на свет окончательно сформированное взрослое насекомое. У земноводных нет стадии куколки, но тем не менее они претерпевают метаморфоз с серьезной реконструкцией тела, в ходе которой сильно затрагивается и нервная система.

Вполне резонно было заинтересоваться, что же происходит во время этих кардинальных перестроек нервной системы с приобретенными навыками. Если они исчезают, вероятнее принять структурную теорию памяти, если сохраняются — химическую.

Исследования проводились как на аксолотлях, так и на личинках мучного хрущака. Они особенно интересны. В опыт брали личинку так называемого мучного червя, которую обучали в Т-образном лабиринте поворачивать налево или направо. Когда обучение завершалось, личинку оставляли в покое, давая возможность окуклиться. Вылупившемуся затем жуку предлагали прогуляться по лабиринту. На радость экспериментаторам жуки обнаружили неплохую память.

Результаты этих опытов проще всего понять, предположив, что у планарий и мучных хрущаков память «записывается» химическим путем. Молекулы — носители памяти, на которых записана информация, циркулируя по организму (во всяком случае, в период регенерации или метаморфоза), оседают в регенерировавших частях тела, передавая юным участкам опыт и знания участков-ветеранов.

Ход рассуждений толкал ученых на поиски химических веществ — носителей памяти. Нужно подчеркнуть всю сложность поисков. Найти вещество памяти труднее, чем иголку в стоге сена. Чтобы убедиться в существовании химического пути передачи, проще всего взять какое-нибудь вещество из нервной системы обученных животных и ввести его необученным. Но что брать, как и куда вводить?

Блестящий выход из затруднительного положения предложил американский ученый Дж. Мак-Конелл. Видимо, он вспомнил обычай далеких предков — время от времени съедать старейших (а следовательно, и мудрейших) членов общины. Мак-Конелл, а за ним Корнинг и Джон кормили необученных планарий обученными.

Полученные результаты кому угодно могут показаться диковинными: планарии-каннибалы, поедавшие отягощенных жизненным опытом обученных сородичей, умнели, перенимая образованные навыки, а питавшиеся необученными соплеменниками по-прежнему оставались невежественными.

Опыты Мак-Конелла породили в научных кругах больше насмешек и забавных анекдотов, чем новых теорий. У всех на устах были вопросы меню. Студенты поговаривали, что следует съесть своих профессоров.

Видимо, нескончаемый поток насмешек заставил Мак-Конелла провести новую серию более тщательно спланированных опытов. В этих экспериментах планарий обучали ползать в крохотном лабиринте в виде буквы Т. Одних приучали сворачивать в освещенный рукав и наказывали за забывчивость ударами электрического тока. Других — в темный коридор. Когда планарии прочно усваивали навык, ими (о черная неблагодарность!) кормили ничему не обучавшихся животных.

Как и хотелось экспериментаторам, планарии, съевшие своих собратьев, приученных к свету, предпочитали освещенные коридоры лабиринта, а съевшие приученных к темноте — чаще выбирали полумрак. Животные, отведавшие кашицы, приготовленной из разных количеств темно- и светолюбивых планарий, не приобретали каких-либо определенных склонностей. Более того, их оказалось очень трудно приучить выбирать какой-то один рукав лабиринта. Двойная информация, полученная животными вместе с пищей, мешала сделать собственное заключение о целесообразности различать коридоры по освещенности.

Опыты Мак-Конелла были повторены во многих странах, в том числе в Советском Союзе. Их результаты заставляют усомниться в большой целесообразности каннибализма. Планарии, съевшие своих собратьев, усваивали навык, но, увы, всего на три дня.

Я потому трачу столько времени на обсуждение каннибализма, что в научных кругах и вторая серия опытов Мак-Конелла была встречена без большого энтузиазма. Пища в процессе пищеварения подвергается серьезным воздействиям, и трудно представить, чтобы закодированная на биомолекулах информация не была полностью уничтожена.

Однако желание найти химическое вещество — носитель памяти было столь велико, что исследователи придумывали все новые варианты опытов. Одни остались верны планариям. Исследователи пересаживали кусочки тела планарий, получивших образование, планариям-недорослям. Через 3–10 дней после операции их экзаменовали. Оказалось, что животные, которым были вживлены кусочки тела обученных планарий, содержащие значительные части окологлоточного ганглия, обнаруживали удовлетворительные знания. Напротив, при пересадке безнервных кусочков или частей тела необученных планарий животные-реципиенты не умнели.

Громадное количество сходных опытов проведено на крысах. Их обучали какому-либо навыку, затем убивали, приготовляли из мозга эмульсию, экстракт или извлекали РНК и вводили другим животным внутрибрюшинно или в спинномозговую жидкость.

Скажу откровенно, сами авторы не могли объяснить, как химическое вещество, предполагаемый носитель памяти, найдет клетки, ответственные за выполнение изучаемых функций, и как, преодолев все преграды, проникнет в них. Энтузиазм исследователей оказался столь велик, что подобные вопросы их не остановили.

Как ни странно, опыты дали положительные результаты. Крысы-реципиенты, получившие известную толику обученных молекул из нервной ткани крыс-доноров, серьезно умнели и овладевали новым навыком гораздо быстрее, чем животные, не получившие химической информации. Некоторым вообще не требовалось специального обучения. Новые знания оказывались вложенными в их мозг как перфокарта со специальной информацией в счетно-решающее устройство.

С великим прискорбием вынужден сообщить: феноменальные успехи по трансплантации памяти у крыс не получили всеобщего признания. Специальная комиссия из 27 весьма авторитетных специалистов не подтвердила возможность переноса готовых знаний из одного организма в другой, как мы в библиотеке переставляем с полки на полку книги.

Ученые — люди одержимые. Отповедь авторитетной комиссии не заставила энтузиастов сложить оружие. Эксперименты продолжаются. В США из экстракта мозга мышей, обученных избегать темноты, выделили белковое вещество пептид. После введения его необученные мыши начинали бояться темноты. Переносчик «темнотобоязни» состоит из 15 аминокислот и обычно находится в соединении с РНК.

Так как изучить порядок соединения 15 аминокислот оказалось трудно, ученые синтезировали несколько вариантов пептида и, испытав его на необученных мышах, отобрали наиболее эффективные. Пептиду присвоили название «скотофобин», что в переводе должно означать «мракострах». Он обладает универсальным действием. Золотые караси после введения им синтетического переносчика стали побаиваться темноты.

Успехи в химическом синтезе «знаний» могут иметь большое практическое значение. Во всем мире на рыбозаводах, где производят инкубацию икры и выращивание мальков ценных пород рыб, маленькие рыбешки, которые провели младенчество в тепличных условиях, не приобретают навыков бояться хищников и, выпущенные в природные водоемы, сотнями гибнут, расплачиваясь за свою наивность и необразованность. Устроить на рыбозаводе для мальков вуз, тем более индивидуально обучать каждого карасика бояться щуки, невозможно. «Щукострах», вводимый с пищей, очень пригодился бы рыбозаводам.

Получены новые наблюдения и о возможности перехода крупных органических молекул из клетки в клетку. Хотя механизм этого явления еще совершенно непонятен, удалось доказать, что РНК от одной мышечной клетки, выращиваемой искусственно в пробирке, легко переходит в соседнюю. Предполагается, что РНК может передаваться всему органу только путем последовательного перехода от одной соприкасающейся клетки к другой. Переноситься на значительные расстояния с токами межклеточной жидкости она не должна, так как в межклеточной среде много ферментов, способных очень быстро ее разрушить.

РНК разрушается под действием фермента рибонуклеазы. Если информация записывается на молекулах РНК, можно уничтожить память, применив рибонуклеазу. Конечно, добраться до РНК, пока она находится внутри нервных клеток, нелегко. Зато в периоды серьезных пертурбаций, таких, как регенерация обширных частей тела или метаморфоз, больше оснований надеяться на успех.

Обученных, а затем разрезанных на две части планарий помещали в раствор рибонуклеазы на все время регенерации. Последующая проверка знаний показала, что животные, выросшие из головного конца тела, в котором оставался и окологлоточный ганглий, сохраняли навык, а образовавшиеся из хвостового отдела — его утрачивали.

Рибонуклеаза не смогла разрушить РНК в клетках окологлоточного ганглия, и память о предшествующих событиях не нарушалась. У планарий, выращенных из хвостового отдела, молекулы РНК с соответствующей информацией могли быть только во второстепенных нервных ганглиях. Вновь созданный окологлоточный нервный узел получить их не смог, а следовательно, такие животные не могли что-либо «помнить» из своей дооперационной жизни.

Рибонуклеаза не разрушает память, но препятствует ее проявлению и образованию. Пока планарии находятся в растворе рибонуклеазы, у них нельзя ни вызвать старый условный рефлекс, ни образовать новый. У пересаженных в чистую воду исчезнувший рефлекс через несколько часов сам собой восстанавливается и могут вырабатываться новые. Не сохранялся условный рефлекс и у мучного хрущака, если обученной личинке перед метаморфозом впрыскивали рибонуклеазу.

Аналогичные опыты были повторены на мышах. Рибонуклеазу вводили в мозговое вещество больших полушарий. После этого зверьки забывали, куда в лабиринте следует бежать, а повторное обучение шло с трудом. Фермент, расщепляющий ДНК, введенный мышам в те же участки мозга, не нарушал ранее образованных навыков, но делал невозможным выработку новых. Антибиотик актиномицин С, который прекращает синтез РНК, также препятствовал образованию новых навыков.

Рибонуклеиновые кислоты каждого вида организмов имеют собственный, строго постоянный химический состав. Несмотря на огромные размеры молекулы, изменение расположения одного лишь нуклеотида сильно меняет ее свойства, так как в их последовательности закодирована информация, необходимая для синтеза белка. В результате в синтезируемом белке нарушается порядок аминокислот или его синтез прекращается.

В эксперименте удалось заменить один из нуклеотидов — изанин — на малопохожее вещество. Крысы, над которыми ученые так нехорошо подшутили, не утрачивали прочно выработанных навыков, но теряли способность чему-нибудь научиться вновь.

Полученные результаты дают основание предположить, что долгосрочная память кодируется с помощью белков. Об этом же свидетельствуют и другие эксперименты.

Белые мыши боятся громких звуков. Исследователи постепенно приучили животных к звуковым воздействиям, а затем экстракт их мозга вводили необученным животным. Получившие экстракт быстрее привыкали к звуку, чем контрольные мыши. Если перед введением экстракт обрабатывали рибонуклеазой, которая должна разрушить РНК, благоприятный эффект сохранялся. Когда же экстракт подвергали воздействию протеолитического фермента, расщепляющего белки, он терял способность передавать навык мышам-реципиентам.

Число примеров, подтверждающих химическую природу памяти, можно значительно увеличить, однако все равно, подводя итог, мне придется констатировать, что хотя эта точка зрения весьма вероятна, но окончательно еще не доказана.

Такое заключение, по-видимому, не устроит тех, кому показалось заманчивым обучение, не требующее специальной затраты сил. Не следует отчаиваться. Кто знает, может, наши потомки доживут до такого времени, когда на полках книжных магазинов вместо аккуратных томиков будут стоять коробочки с пилюлями и родителям придется покупать своим детям микстуру «Пунические войны», порошки по политическому устройству стран Латинской Америки или набор таблеток «Полное собрание сочинений А. С. Пушкина».

Потребность читать отпадет. С романами Ремарка и Хемингуэя молодежь познакомит жевательная резинка. Школьных занятий и лекций в вузах не будет. Сроки обучения сократятся до минимума. Студентам технических институтов еще в самом начале обучения будет устраиваться грандиозный обед по сопромату, а медикам — банкет по анатомии человека. Один вечер — и труднейший материал усвоен.

Не обещаю, что все так и будет, но твердо знаю, процесс обучения удастся значительно облегчить. Имейте только терпение дождаться этого благодатного времени.

Неискушенному в биологических проблемах читателю может показаться, будто противоречия между химической и структурной теориями памяти так глубоки, что об их объединении не может быть и речи. Ф. Розенблат с этим не согласен. В 1967 году он предложил объединенную теоретическую модель памяти.

Поводом для ее создания послужили два наблюдения. Давно известно, что между концевой бляшкой нервного волокна и клеточной мембраной другого, куда она прикреплена, находится синаптическая щель, хорошо видная в электронный микроскоп. Ширина щели довольно постоянна, около 200 ангстрем.

О работе синапсов был уже разговор. Напомню, что исследователи умеют получать отдельные детали нервной ткани: мозговое вещество измельчают в ступке, превращая в однородную кашицу, протирают через тончайшие сита, а затем центрифугируют. Можно подобрать такой режим вращения, что в осадок выпадут одни синапсы: концевые бляшки нервного волокна с кусочком клеточной мембраны, к которой они прикреплены.

Даже в очень хорошо разрушенном мозгу никогда не удается найти синаптических бляшек, отдельных от мембраны. Значит, они прочно скреплены друг с другом. Но как это понять, ведь на электронограммах отчетливо видна разделяющая их щель. Что же их соединяет?

В 1962 году Грею удалось увидеть стропила, удерживающие бляшку на поверхности клетки. В электронном микроскопе при максимальных увеличениях можно разглядеть короткие внутрисинаптические нити длиной около 100 ангстрем. Грей впервые обнаружил, что одни нити выходят из клетки, другие из бляшки, а посередине они соединены друг с другом серповидными сращениями. Розенблат счел возможным приписать им определенную роль в химической передаче памяти.

Его рассуждения шли таким образом. Пусть в каждом нейроне из 100 возможных генов, руководящих выработкой полипептидных фрагментов, есть 50. Используя различные комбинации этих фрагментов, можно построить такое огромное количество белковых структур, которое значительно превысит число нейронов головного мозга человека. Определенный запас кодонов (так в соответствии с терминологией генетиков были названы эти полипептидные фрагменты) всегда содержится в телах и отростках нервных клеток. В момент возбуждения нейрона кодоны выделяются в синаптическую щель.

Предоставленные сами себе, они оказываются очень нестойкими и быстро разрушаются под действием соответствующих ферментов. Иная судьба ожидает кодоны, если одновременно возбуждено два нейрона, соединенных между собою синапсами. Предполагается, что кодоны разнородного происхождения обладают способностью соединяться друг с другом и вновь образованные агрегаты застревают между идущими параллельно нитями. Попавшие в «щель» между нитями кодоны не разрушаются и скрепляют нити.

Чем чаще происходит совместное возбуждение двух нейронов, тем большее число нитей связывает концевую бляшку одного из них с постсинаптической мембраной другого и тем прочнее эти нити скреплены. В постоянно функционирующих синапсах места соединения нитей постоянно ремонтируются и укрепляются. В нефункционирующих синапсах, напротив, ветшают, нити расходятся, а синапс распадается.

Вакантное место тотчас занимает какое-нибудь свободное нервное волокно. Судьба вновь возникшего синапса зависит от его активности. Сохранится только постоянно действующий синапс, а неактивный быстро разрушится, уступив место другому волокну. Таким образом, путем подбора нейронов, между которыми необходимо «поддерживать» связь, и кодируется память.

Описанная модель хорошо объясняет специфичность химического переносчика памяти. Каждый кодон способен соединяться лишь с нитями своей родной клетки. Для образования нового синапса необходим конгломерат из двух кодонов. Так как каждая группа родственных нейронов имеет свое химическое лицо (в этом сейчас почти никто не сомневается), то каждый конгломерат кодонов способен вызвать образование синапсов только между соответствующими нейронами.

С посторонними нейронами они не соединятся. Зато взятые от другого животного кодоны в мозгу реципиента создадут новые синапсы, то есть перенесут определенные знания. Кодоны могут быть изготовлены в лаборатории, и искусственно синтезированная память помещена в мозг.

Модель позволяет составлять прогнозы, которые могут помочь дальнейшим экспериментальным поискам. Например, можно предсказать молекулярный вес кодонов, потенциально необходимый, чтобы закодировать все синапсы центральной нервной системы. Кодонами, построенными из 4 аминокислот, можно закодировать миллиард типов синапсов. В этом случае их молекулярный вес должен быть около 5 тысяч. Если кодоны созданы из большего числа аминокислот, их молекулярный вес может быть существенно меньше.

Не следует относиться к модели Розенблата как к чему-то вполне реальному. Ее цель — показать, что объединенную структурно-химическую теорию памяти можно реально представить. Сам автор подчеркнул, что вступил в область научного вымысла.

Вряд ли модель найдет большое количество сторонников, хотя идея хороша. В ее защиту мне хочется сказать следующее. Весьма обычно длительные и ожесточенные споры двух группировок ученых, предлагающих, казалось бы, непримиримые концепции для объяснения какого-нибудь физиологического механизма, кончаются не выбором одной из них, а созданием объединенной концепции, включающей обе точки зрения. Чем жарче научные дискуссии типа «или — или», тем чаще окончательное решение вопроса имеет тип «и… и…».

В 1887 году в Париже открылся очередной съезд невропатологов и психиатров. На нем необычайный успех имел доклад молодого, дотоле никому не известного русского врача С. С. Корсакова, сделанный вне программы. Доклад был посвящен описанию психоза, возникающего на почве хронического алкоголизма. Автор уделил большое внимание физиологической сущности заболевания.

Председательствующий от имени съезда поздравил русского ученого с крупным открытием, показавшим, что психозы являются болезнями мозга. Страшно подумать, но менее ста лет назад это еще нужно было доказывать. На следующем съезде заболеванию официально присвоили наименование корсаковского психоза. Под этим именем оно и вошло в мировую медицинскую науку.

Главные симптомы корсаковского психоза: расстройство запоминания, расстройство ориентировки во времени, конфабуляции и полиневрит. Отбросим полиневрит, здесь нас будут интересовать только три первых симптома. Они явно взаимосвязаны. В их основе расстройства памяти на недавние события.

Больной не в состоянии запомнить даже самых обыденных вещей. Он не знает, обедал ли сегодня, многократно здоровается с врачом, так как забыл, что уже несколько раз с ним встречался, не может запомнить имена больных, находящихся с ним в одной палате, не может даже приблизительно сказать, о чем был только что просмотренный фильм.

При такой забывчивости больному трудно следить за течением времени. Он не знает, какой сейчас год, месяц, день недели, число, час, так как забыл вчерашнее число и сколько было на часах, когда он смотрел на них последний раз. Тщательный анализ, проведенный под гипнозом, показал, что сам отсчет времени не нарушен. Больному можно внушить, что он должен позвонить по телефону через полчаса после окончания гипнотического сеанса, — и он выполнит волю гипнотизера. Нарушен лишь гносис времени — его узнавание.

Последний симптом — конфабуляции, то есть выдумки, — тоже связан с расстройствами памяти. Обычно больные стесняются своей забывчивости и стараются скрыть от окружающих этот дефект. Пойманные с поличным, они пробуют отшутиться, а припертые к стенке начинают врать, выдумывая всевозможные истории. Больной может рассказать врачу, что вчера был в концерте, о завтраке, каким накормила его утром жена, и о школьном сочинении дочери, а сам уже много месяцев безвыходно в клинике.

Виною вранья все та же память. Воспоминания о давно прошедших событиях сохраняются лучше, чем о текущих, но и в них больным разобраться трудно. Они не могут точно определить, когда происходили те или иные события. Отсюда естественная путаница в воспоминаниях.

Вранье больного с корсаковским психозом не имеет ничего общего с выдумками людей, подверженных галлюцинациям. Здесь нет ничего неестественного. Все когда-нибудь действительно случалось с ним или с кем-нибудь из его близких. Он просто путает, когда, с кем и в какой последовательности происходили события, с трудом извлеченные им из глубин слабеющей памяти.

При корсаковском психозе наблюдается множественное поражение различных отделов мозга. Особенно сильно страдает гиппокамп. Это послужило поводом считать его кладовой мозга. Повреждение гиппокампа всегда приводит к нарушению памяти. Об этом свидетельствуют десятки исследований.

Наиболее впечатляющи опыты на кедровках. Их родина — сибирская тайга. Когда в кедрачах созреют орешки, для птицы наступает страдная пора. С раннего утра и до позднего вечера трудится кедровка, делая запасы впрок. До наступления снегопадов она должна сделать запасы продовольствия. Всю долгую зиму, выкапывая в снегу глубокие норы, она будет питаться орехами, а весной выкармливать ими птенцов.

Прилежная кедровка успевает заготовить 70 тысяч орешков. Трудность не только в том, чтобы успеть наколупать их из шишек, надо еще надежно спрятать. Конечно, можно было бы найти подходящую яму или солидное дупло, но так поступать рискованно. Зимой в тайге кедровый орех — величайшая ценность. Любителей попользоваться даровыми кормами найдется сколько угодно — от крохотных полевок до хозяина тайги — медведя.

Вряд ли создание большой кладовой могло бы пройти незаметно. Поэтому кедровка прячет орешки небольшими порциями по 10–20 штук, зарывая их в землю или мох, засовывая за отставшую кору, под валежины и трухлявые пни. В результате получается до 6 тысяч кладовок. Держать в них запасы надежнее — все не разворуют, но как запомнить такую массу хранилищ, как их найти, когда землю припорошит снег?

С этой труднейшей задачей кедровки отлично справляются, помня в течение четырех-шести месяцев места своих кладовок. Приходится признать, что кедровкам присуща уникальная зрительная память, по объему значительно превосходящая человеческую. Для изучения памяти лучшего объекта не придумаешь.

Опыты с кедровками проводили прямо в тайге. В огромную клетку — вольеру по очереди выпускали птиц. В первом эксперименте в клетку ставили кормушки с орехами, и птицы немедленно приступали к сооружению кладовок, а экспериментаторам оставалось только тщательно регистрировать их расположение. Затем птицу отсаживали на несколько часов или дней, и когда она вновь возвращалась в вольеру, кормушки уже не было. Чтобы не умереть с голоду, кедровкам приходилось разыскивать свои запасы. Делали они это блестяще, птицы вспоминали 90 процентов своих кладовых.

Удаление гиппокампа не уменьшило прилежания птиц. Оперированные кедровки делали запасы так же усердно, как и здоровые, но запомнить места своих кладовок не могли. Проголодавшись, птицы рылись во мху. Случалось, в конце концов натыкались на свои или чужие хранилища. Однако сразу было видно, что орехи найдены случайно.

Неоперированные птицы попусту в лесной подстилке не рылись. Они сразу находили корм, как будто только что его там спрятали, и никогда не брали чужих орехов. Не из честности, конечно, просто они и не подозревали о чужих запасах.

Гиппокамп связан с памятью, но не он служит кладовой мозга. Он всего лишь перевалочный пункт или транспортер, с помощью которого информация передается на хранение в другие отделы мозга. Порядочная хозяйка не тащит себе в кладовку все, что попало. Она отбирает для хранения только вещи, которые наверняка понадобятся. А как поступает мозг? Где, какой отдел заведует отбором материалов, направляемых в архив?

Возможно, архивариусом служит гиппокамп. Есть предположение, что для запоминания обязательно нужна его санкция. Здесь обнаружены нейроны, отвечающие активностью только на первые предъявления новых раздражителей, новых ситуаций. Стоит несколько раз повторить раздражитель, и нервные клетки гиппокампа перестают на них реагировать. Особенно сильной реакцией отвечают нейроны на раздражители, имеющие для животного важное значение. Вот, видимо, что является критерием для принятия гиппокампом решения. Новый, не имеющий значения раздражитель, может вызвать лишь мимолетную реакцию. Значит, гиппокамп не дал санкции на хранение информации и кратковременная память не перейдет в долгосрочную.