Jag minns fortfarande actionfilmen "Johnny the Mnemonic". Där implanterade K. Reeves en flash-enhet in i hjärnan och laddade upp obehöriga mängder information där. Hur coolt det är att komma ihåg allt! Men Sherlock Holmes kallade minne - vinden. Om du kastar allt där och lagrar det under många år, kommer det att vara omöjligt att hitta det där snabbt, och kanske kommer det inte att fungera alls. Därför kom han ihåg bara vad han behövde i sitt arbete.
Idag kan till och med svaret på den grundläggande frågan - vad som är minne i tid och rum - huvudsakligen bestå av hypoteser och antaganden. Om vi pratar om rymden, är det fortfarande inte särskilt tydligt hur minnet är organiserat och var exakt det ligger i hjärnan. Vetenskapliga data antyder att dess element finns överallt, inom vart och ett av områdena i vår "grå materia".
Dessutom kan en och samma, till synes, information skrivas in i minnet på olika platser.
Till exempel har det konstaterats att rumsligt minne (när vi minns en viss miljö för första gången - ett rum, en gata, ett landskap) är associerat med ett område i hjärnan som kallas hippocampus. När vi försöker få denna situation ur vårt minne, säg, tio år senare, kommer detta minne redan att utvinnas från ett helt annat område. Ja, minnet kan röra sig inom hjärnan, och denna avhandling illustreras bäst av ett experiment som en gång har utförts med kycklingar. Avtryck spelar en viktig roll i livet för nyligen kläckta kycklingar - omedelbar inlärning (och minnesplats är lärande). Till exempel ser en kyckling ett stort rörligt föremål och "avtrycker" omedelbart i hjärnan: det här är en mor kyckling, du måste följa henne. Men om efter fem dagar den del av hjärnan som är ansvarig för intryck tas bort från kycklingen, visar det sig att … den memorerade färdigheten inte har gått någonstans. Det har flyttat till ett annat område, och detta bevisar att det finns ett förvar för omedelbara inlärningsresultat och ett annat för långsiktig lagring.
Vi minns med glädje
Men det är ännu mer förvånande att hjärnan inte har en så tydlig sekvens av minnesförflyttning från operationell till permanent, som det händer på en dator. Arbetsminnet, som registrerar omedelbara sensationer, utlöser samtidigt andra minnesmekanismer - på medellång och lång sikt. Men hjärnan är ett energiintensivt system och försöker därför optimera användningen av dess resurser, inklusive minne. Därför har naturen skapat ett flerstegssystem. Arbetsminnet formas snabbt och lika snabbt förstörs - det finns en speciell mekanism för detta. Men riktigt viktiga händelser registreras för långsiktig lagring, medan deras vikt betonas av känslor, inställning till information.
Kampanjvideo:
På fysiologisk nivå är känslor aktiveringen av de mest kraftfulla biokemiska moduleringssystemen. Dessa system släpper hormonsmedlar som ändrar minnets biokemi i rätt riktning. Bland dem, till exempel, finns olika nöjehormoner, vars namn inte påminner så mycket om neurofysiologi som i kriminell kronik: det är morfiner, opioider, cannabinoider - det vill säga läkemedel som produceras av vår kropp. I synnerhet genereras endocannabinoider direkt vid synapser - nervcellernas kontakter. De påverkar effektiviteten hos dessa kontakter och därmed "uppmuntrar" inspelningen av denna eller den informationen i minnet. Andra ämnen från hormonmedlarna kan tvärtom undertrycka processen att flytta data från arbetsminne till långtidsminne.
Mekanismerna för emotionell, det vill säga biokemisk förstärkning, studeras nu aktivt. Det enda problemet är att laboratorieforskning av den här typen endast kan utföras på djur, men hur mycket kan en laboratorie råtta berätta om sina känslor?
Om vi har lagrat något i vårt minne är det ibland dags att komma ihåg denna information, det vill säga att extrahera den från minnet. Men är ordet "extrakt" korrekt? Tydligen inte så mycket. Det verkar som att minnesmekanismer inte hämtar information utan regenererar den. Det finns ingen information i dessa mekanismer, precis som det inte finns någon röst eller musik i "hårdvaran" hos en radiomottagare. Men allt är klart med mottagaren - den bearbetar och konverterar den elektromagnetiska signalen som mottas till antennen. Vilken typ av "signal" som behandlas när extrahering av minne, var och hur dessa data lagras, är fortfarande mycket svårt att säga. Det är emellertid redan känt att minnet skrivs om, modifieras under minnet, eller åtminstone händer detta med vissa typer av minne.
Inte el, utan kemi
På jakt efter ett svar på frågan om hur man kan modifiera eller till och med radera minnet har viktiga upptäckter gjorts under de senaste åren, och ett antal verk har dykt upp på "minnesmolekylen".
De har faktiskt försökt att isolera en sådan molekyl, eller åtminstone någon materiell bärare av tankar och minne, i två hundra år, men utan mycket framgång. I slutändan kom neurofysiologer till slutsatsen att det inte finns något som är specifikt för minne i hjärnan: det finns 100 miljarder neuroner, det finns tio quadrillion-anslutningar mellan dem, och någonstans där ute, i detta kosmiska nätverk, är minne, tankar och beteende enhetligt kodade. Försök har gjorts för att blockera vissa kemikalier i hjärnan, och detta har lett till en förändring i minnet, men också till en förändring av kroppens hela funktion. Det var först 2006 som de första arbetena på det biokemiska systemet dök upp, vilket verkar vara mycket specifikt för minnet. Hennes blockering orsakade inga förändringar i beteende eller inlärningsförmåga - bara förlusten av en del av hennes minne. Till exempel minnet om situationen,om blockeraren har injicerats i hippocampus. Eller känslomässig chock om en blockerare injicerades i amygdala. Det biokemiska systemet som hittas är ett protein, ett enzym som kallas proteinkinas M-zeta, som kontrollerar andra proteiner.
Ett av de största problemen med neurofysiologi - oförmågan att utföra experiment på människor. Men även hos primitiva djur liknar de grundläggande minnesmekanismerna våra.
Molekylen fungerar på platsen för synaptisk kontakt - kontakt mellan nervceller i hjärnan. Här måste vi göra ett viktigt avtryck och förtydliga detaljerna i just dessa kontakter. Hjärnan liknar ofta en dator, och därför tror många att kopplingarna mellan neuroner, som skapar allt vi kallar tänkande och minne, är rent elektriska. Men detta är inte fallet. Språket för synapser är kemi, här interagerar några utsöndrade molekyler, som en nyckel med ett lås, med andra molekyler (receptorer), och först då börjar elektriska processer. Effektiviteten och hög genomströmning av synapsen beror på hur många specifika receptorer som kommer att levereras genom nervcellen till kontaktstället.
Protein med speciella egenskaperProteinkinas M-zeta styr bara leveransen av receptorer till synapsen och ökar därmed dess effektivitet. När dessa molekyler aktiveras samtidigt i tiotusentals synapser inträffar signalomföring och de allmänna egenskaperna hos ett visst nätverk av neuroner förändras. Allt detta berättar lite om hur förändringar i minnet kodas i denna omdirigering, men en sak är säker: om proteinkinas M-zeta blockeras kommer minnet att raderas, eftersom de kemiska bindningarna som ger det inte fungerar. Den nyupptäckta "molekylen" i minnet har ett antal intressanta funktioner.
För det första kan den självreproduktion. Om, som ett resultat av inlärning (det vill säga att få ny information), bildas ett visst tillskott i form av en viss mängd proteinkinas M-zeta i synapsen, kan denna mängd förbli där under mycket lång tid, trots att denna proteinmolekyl sönderdelas på tre till fyra dagar. På något sätt mobiliserar molekylen resurserna i cellen och säkerställer syntes och leverans av nya molekyler till platsen för synaptisk kontakt för att ersätta de som har kvar.
För det andra är en av de mest intressanta egenskaperna hos M-zeta-proteinkinas dess blockering. När forskarna behövde få ett ämne för experiment för att blockera minnets "molekyl", läste de helt enkelt "avsnittet av hennes gen, som kodar hennes egen peptidblockerare och syntetiserade den. Denna blockerare produceras emellertid aldrig av själva cellen, och för vilket syfte evolutionen lämnade dess kod i genomet är oklart.
Det tredje viktiga inslaget i molekylen är att både den och dess blockerare har ett nästan identiskt utseende för alla levande saker med ett nervsystem. Detta indikerar att vi i personen med proteinkinas M-zeta har att göra med den äldsta anpassningsmekanismen, som människans minne bygger på.
Naturligtvis är proteinkinas M-zeta inte en "minnesmolekyl" i den meningen som forskare från det förflutna hoppades kunna hitta den. Det är inte en materiell bärare av memorerad information, men uppenbarligen fungerar som en nyckelregulator för effektiviteten hos anslutningar i hjärnan, initierar uppkomsten av nya konfigurationer som ett resultat av inlärning.
Ta kontakt
Nu har experiment med blockeraren av proteinkinas M-zeta på något sätt karaktären av att "skjuta över området." Ämnet injiceras i vissa delar av hjärnan hos försöksdjur med hjälp av en mycket tunn nål och stänger alltså minnet omedelbart i stora funktionella block. Gränserna för blockerarens penetration är inte alltid tydliga, liksom dess koncentration i det område på det område som valts som mål. Som ett resultat ger inte alla experiment inom detta område entydiga resultat.
En verklig förståelse av de processer som sker i minnet kan tillhandahållas genom arbete på nivå med individuella synapser, men detta kräver riktad leverans av en blockerare i kontakt mellan neuroner. Idag är det omöjligt, men eftersom en sådan uppgift står inför vetenskapen kommer förr eller senare verktygen för dess lösning att dyka upp. Speciella förhoppningar fästs på optogenetik. Det har visat sig att en cell där förmågan att syntetisera ett ljuskänsligt protein är inbyggt med gentekniska metoder kan kontrolleras med hjälp av en laserstråle. Och om sådana manipulationer på nivån av levande organismer ännu inte har genomförts, görs redan något liknande på grundval av odlade cellkulturer, och resultaten är mycket imponerande.
Författare - Doktor i biologiska vetenskaper, motsvarande medlem av den ryska vetenskapsakademin, professor, chef för IVNDiNF RAS