Коды, коды, коды...

Как мы уже знаем, при освещении сетчатки регистрируются залпы электрических колебаний в волокнах зрительного нерва. Такие же колебания можно отводить от любой "работающей" нервной клетки в мозге, от любого ее отростка. Да и от целого мозга записывают суммарные электрические феномены в виде электроэнцефалограммы. И все эти как "частного", так и "общего" характера электрические явления в нервной ткани весьма различаются при тех или иных физиологических, и еще больше - патологических, болезненных состояниях. Не случайно электрофизиологические методики столь широко применяются и в научных исследованиях, и при диагностике заболеваний нервной системы.

Так, может быть, электрические явления и составляют сущность нервных и психических процессов? И все наши мысли - это просто комбинации различных форм электрических колебаний?

На определенном этапе становления нейрофизиологии именно электрические явления (главным образом, видимо, все же из-за легкости их обнаружения) и были положены в основу понимания любого нервного процесса, включая его самые сложные проявления. Механизмы кратковременной памяти, например, до самого последнего времени мыслились в качестве только циркуляции электрических импульсов в определенной цепи нейронов. Вы посмотрели на идущую навстречу девушку - сработала какая-то нервная цепочка, побежал по ней ток - один виток, другой, третий... И пока такая циркуляция продолжается - образ девушки стоит перед вашим внутренним взором, закончилась - образ исчез... Все перекодирование поступающей в мозг и перерабатывающейся в нем информации пытались свести только к превращениям электрических импульсов на разных уровнях его - изменению их частоты, амплитуды. Словом, казалось, что электрическими феноменами в принципе можно объяснить все, происходящее в мозге - механизмы восприятия, памяти, поведения и т. п.

Однако при этом оставался все же какой-то червь сомнения. Дело в том, что с таких позиций нельзя было с полной определенностью ответить на вопрос, какие же процессы происходят в тех примитивных организмах, которые не имеют еще нервных клеток, но уже способны образовывать простейшие условные рефлексы. Ведь в этих случаях "память", наверное, должна основываться на каких-то внутриклеточных химических перестройках?

Со временем нейрофизиологи пришли к убеждению, что сводить все многообразие сложнейших нервных и психических феноменов лишь к электрическим явлениям действительно совершенно неправомерно. Тогда их внимание и переключилось на нейрохимические процессы, происходящие в нервной ткани. Особенно впечатляющими оказались исследования по нейрофизиологии и нейрохимии памяти. Мы уже вкратце упоминали о них. Обращение к нейрохимии в попытках объяснения механизмов памяти исходило прежде всего из следующих логических предпосылок: раз для передачи наследственной информации, т. е. фактически памяти поколений, в природе используются нуклеиновые кислоты - ДНК и РНК, то нельзя ли полагать, что они же или близкие к ним вещества служат и для процессов обычной памяти? Первые же исследования оказались весьма обнадеживающими. Вот некоторые из них, получившие наибольшую известность.

Если группе таких простых организмов, как планарии, скармливать тела их сородичей, которые ранее подвергались обучению по определенной программе, то эти каннибалы значительно быстрее поддаются "дрессировке", чем контрольные животные, получавшие обычную пищу. Память через желудок? Не удивительно ли?

В ряде исследований было показано, что в мозге обучающихся животных действительно значительно возрастает содержание ДНК и РНК. А позднее ученые обратили внимание и на исследование содержания в мозге тех белков, которые, как уже говорилось, особенно характерны для нервной клетки, т. е. белков S-100 и 14-3-2. Выяснилось, что по мере тренировки животного количество их возрастает не только в целом в мозге, но и раздельно в тех или иных его областях, которые специально обеспечивают тренируемую функцию. Так что, если тренировать зрительный аппарат, количество этих белков увеличивается именно в зрительных центрах мозга, если слуховой - в его слуховых зонах и т. д.

Были поставлены буквально сенсационные опыты: если, например, у какого-то животного определенное время вырабатывать страх перед темнотой, а затем выделенный из его мозга экстракт ввести в мозг другого животного, то последнее тут же начинает страшиться темноты, хотя перед этим подобной трусостью не отличалось. Из такого экстракта в последующем было выделено особое белковое соединение, названное скотофобином.

Или вот другой опыт: аквариум с рыбками постоянно подсвечивали лампами определенной окраски, например зеленой. Если затем из мозга таких рыбок выделить экстракт и ввести в мозг других рыб, не участвовавших в опыте, то последние будут теперь стремиться к тому месту в аквариуме, которое подсвечивается именно зеленой лампой. Вещество, отвечающее за передачу памяти на цвета, было названо хромодипсином.

Число подобных сообщений о переносе памяти все возрастало и возрастало. При этом многие авторы стали утверждать, что сами вещества или факторы переноса отличаются, с одной стороны, чрезвычайной специфичностью в отношении переносимой функции (например, скотофобин будет вызывать у животного, которому он введен, только страх темноты, а не какой-то иной эффект), с другой - видонеспецифичностью (т. е. тот же скотофобин, выделенный из мозга мыши, будет вызывать такой же страх перед темнотой и у кошки после введения в ее мозг). Более того, многие из таких факторов переноса были синтезированы, и они вызывали того же характера поведение у животных, что и естественные.

Однако со временем со страниц научных журналов начали все чаще раздаваться голоса сомнения, а ряд ученых вообще стал категорически отрицать возможность переноса памяти. Какие были для этого основания? Прежде всего то, что у многих экспериментаторов, повторявших указанные опыты, убедительные положительные результаты не получались. В ряде работ не обнаружилась отчетливая функциональная специфичность факторов переноса. Например, некоторые авторы пришли к выводу, что даже "классический" скотофобин вызывает страх темноты у животных просто из-за того, что он резко повышает общую их возбудимость. И наконец, оказалось, что совсем не удается переносить способность к выработке сложных условных рефлексов, сложных поведенческих навыков.

Так кто же прав? И можно ли как-то "совместить" столь разноречивые результаты в исследованиях разных авторов? Оказывается, да, можно. Для полного отрицания определенного рационального зерна в гипотезе переноса памяти достаточных оснований тоже нет.

Начнем с того, что с абсолютной достоверностью было установлено: ряд белковых веществ, вырабатываемых в гипоталамо-гипофизарной области мозга и известных ранее только в качестве "обычных гормонов", оказался способным воздействовать на некоторые глобальные, жизненно необходимые поведенческие функции организма. Так, после введения ангиотензина-11 животное начинает много и долго пить, хотя у него и не было жажды; введение гормона люлиберина приводит к системному половому поведению.

Да и у более простых животных был обнаружен ряд пептидов, вызывающих совершенно определенные поведенческие реакции. Например, после введения трипептида глютатиона у кишечнополостных животных наблюдается системное пищевое поведение - реакция поиска пищи, ее захват, переваривание. Выяснилось также, что именно накопление в мозге птиц некоторых пептидных факторов вызывает у них типичное премиграционное поведение.

Чрезвычайно интересными оказались также проведенные в последние годы опыты советского ученого Г. А. Вартаняна и его сотрудников. Было показано, что в результате повреждения любого участка мозга, а также в ходе выздоровления после такой травмы (как, впрочем, и при любой активной деятельности той или иной структуры мозга) образуются определенные вещества белковой природы, часто весьма простого строения (относящиеся к олигопептидам, т. е. к таким белкам, молекула которых состоит из небольшого числа аминокислот), и с их помощью можно передавать от одного животного другому все те явления в изменениях функции мозга, что были получены в эксперименте на первом животном. Выяснилось, что такой перенос может осуществляться не только путем введения в мозг животного-"реципиента" экстракта мозга животного-"донора", но и через спинномозговую жидкость, ибо вещества переноса, образуясь в мозговой ткани, выделяются и в нее. А вот перенос сложных условных рефлексов, сложных приобретенных навыков и в опытах Г. А. Вартаняна не удавался.

Приведенные данные свидетельствуют прежде всего о том, что формирование нейрохимических механизмов, участвующих в регуляции поведенческих реакций, относится к весьма давним в эволюционном отношении временам. И в этом плане интересными оказались недавние исследования, показавшие, что целый ряд биологически активных пептидов, содержащихся в мозге, обнаруживается и в других органах, в частности в желудочно-кишечном тракте, где они осуществляют тоже весьма специфичные для этих органов (т. е. совсем не "мозговые") функции.

На основании этих данных советские ученые Е. М. Крепс и А. М. Уголев стали говорить о полимодальной (многозначной) роли одних и тех же групп веществ, одних и тех же "блоков" в организме, о том, что природа "старается приспособить" уже изобретенные ею ранее химические механизмы для обеспечения и более сложных функций организма.

Что касается самой сути участия указанных белковых факторов в переносе памяти, то в настоящее время чаще всего говорят о коннекторной их роли, т. е. о стабилизации ими той или иной нейронной цепи, нейронных ансамблей в качестве как бы связок. Считают, что эти вещества оказывают свое влияние главным образом на синаптические структуры нервных клеток. Ученый Г. Унгар, например, говорит о том, что они как бы "впечатываются" в постсинаптическую мембрану очередного нейрона и таким способом облегчают протекание нервного импульса именно по данной нейронной цепи. В настоящее время в мембранах нервных клеток обнаружено наличие самых разнообразных рецепторных белков, способных связываться с совершенно определенными активными биологическими веществами.

Совсем еще недавно мнение об участии белков в формировании механизмов памяти наталкивалось на такие весьма серьезные препятствия, как сравнительно медленный синтез новых белковых молекул, а также и то, что число белков в мозге хотя и очень велико, но все же недостаточно, чтобы обеспечивать каждый качественно новый нервный процесс. Сейчас выяснилось, что белковые молекулы способны подвергаться огромному числу конформационных превращений, т. е. они могут менять свои пространственные, геометрические конфигурации. А конформационные преобразования сопровождаются и существенными изменениями свойств этих молекул.

Это в корне меняет дело. Именно конформационными преобразованиями белковых молекул, происходящими в области синаптических аппаратов нервных клеток, в настоящее время пытаются объяснить механизмы не только долговременной, но и кратковременной памяти. Об этом, в частности, говорят советские ученые Ю. С. Бородкин и Ю. В. Зайцев.

Становится более понятным, почему удается перенос простых функций, и не удается - сложных. Ведь самая простая функция обеспечивается одним или двумя-тремя нейрохимическими агентами, а формирование сложной функции сопровождается возникновением весьма значительного их числа, при этом каждый из этих агентов будет отличаться от других и сложностью строения, и стабильностью молекул, и способностью их к связыванию с рецепторами мембран. Вряд ли подобная смесь, введенная в мозг животного-реципиента, будет способна распределиться с абсолютной правильностью в разных мозговых структурах, чтобы способствовать формированию нервных ансамблей, сходных с образованными у подвергавшегося обучению животного.

Да и в случаях попыток переноса от одного животного Другому сравнительно простых форм реакций мы далеко не всегда можем быть уверены, что в молекулах экстракта мозгового вещества полностью сохранятся происшедшие конформационные перестройки.

Таким образом, в настоящее время имеются основания говорить о формировании в ходе индивидуального развития организма многозвеньевых, многоэтажных нейрохимических структур и механизмов разной степени сложности, обеспечивающих не только врожденные, но и приобретаемые формы поведения.

По-видимому, нейрохимические особенности формирующихся нейронных цепей лежат в основе и функциональной специализации тех или иных сенсорных путей (зрительных, слуховых и т. п.), или, как их именуют нейрофизиологи,- "меченых линий".

Об этом могут свидетельствовать, например, опыты американского ученого Э. Кэндела, проводившиеся им на таком простейшем беспозвоночном, как аплизия. Отдельные нервные клетки ее мозга, выполняющие строго ограниченные, специальные функции, как оказалось, отличаются одна от другой и по типу синтезируемых ими белковых молекул. Так что морфологическое сходство нервных клеток разных областей мозга никак не свидетельствует о сходстве их в биохимическом отношении.

Все сказанное выше, однако, отнюдь не умаляет роли электрических процессов при нервной и психической деятельности. Об их значении свидетельствует, как уже указывалось, многовековой опыт электрофизиологии.

Поэтому в настоящее время следует говорить о "двойном" - электронейрохимическом обеспечении нервной и психической деятельности. При этом между электрическими и нейрохимическими процессами существуют теснейшая взаимосвязь и взаимосоответствие как бы по принципу "ключ к замку". За электрическими процессами остается и основная организующая роль в формировании целостного поведения, в первую очередь из-за быстроты распространения электрических импульсов и возможности охвата ими больших территорий мозга.

Но когда мы говорим о становлении многоэтажных, многозвеньевых структур в мозге при любой нервной и психической деятельности, в том числе в ходе процессов восприятия внешних предметов и явлений, формирования внутренних их образов, записи в памяти, то означает ли это, что в строго ограниченных участках мозга, в группах клеток формируются словно бы биохимические фотографии этих предметов и явлений? Наверное, думать так будет неоправданным упрощением. И хотя обо всем этом мы еще знаем очень мало, все же можно полагать, что указанная выше стабилизация различных путей, клеточных ансамблей представляет собой в первую очередь создание определенных "условий" для возможного в последующем повторения, воспроизведения всей той суммы явлений, которые имели место тогда, когда тот или иной предмет, то или иное событие воспринимались в первый раз.

Может быть, именно потому все те вещества - передатчики памяти, о которых мы говорили (скотофобин, хромодипсин), как показывают эксперименты, очень быстро исчезают из ткани мозга животного, которому они были введены, в то время как сама память остается надолго. Ведь это может означать лишь одно, а именно, что указанные вещества передают не саму конкретную информацию, не ее содержание, а лишь как бы участвуют в сборке нервных элементов в нужные для формирования образов ансамбли.

Физиолог из Калифорнийского университета Р. Клацки так и пишет: хранение в памяти образов предметов и явлений - это в первую очередь сохранение особых наборов правил, по которым должны создаваться самые общие прототипы этих предметов или явлений. "Восстановление" же самих образов мыслится при таком подходе в качестве какого-то резонансного эффекта, существо которого пока неясно.

Благодаря огромному количеству нервных клеток в нашем мозге и еще более огромному - их соединений, синапсов - и происходит каждый раз при восприятии нового явления или в процессе практической деятельности формирование новых архитектурных синапто-нейрональных ансамблей. При этом разные уровни таких объединений включают формирования разной степени "жесткости". Получается нечто подобное тому, как если бы мы в осенний день собрались по грибы: сначала все грибники едут электричкой, затем идут почти той же массой по шоссе, потом расходятся уже группами - по проселочным дорогам и, наконец, еще меньшими группками, семьями или совсем по одному направляются по тропкам - к своим заветным местам.

Естественно, что если определенного характера деятельность и восприятие повторяются, то "дороги-тропки" становятся более протоптанными, создающиеся ансамбли все более цементируются. Так наш мозг в конце концов оказывается как бы заполненным огромным количеством схем, по которым могут осуществляться те или иные познавательные и другие психические процессы.

Именно этими преформированными схемами и объясняется очень многое в нашей психической деятельности и, в частности, такое сложное явление, как предвосхищение. Об этом говорят, например, представители так называемой когнитивной психологии^*. Как происходит восприятие определенного относительно нового явления, которое по каким-то основополагающим параметрам все же сходно с тем, с чем мы уже встречались ранее? А вот как: стоит лишь сработать самым начальным, более жестким структурам, как дальнейшее протекание импульсов направляется уже по нескольким проторенным путям, по знакомой схеме, и финал события как бы предугадывается.

^* (Это новое, наиболее значительное направление зарубежной психологии возникло в начале 60-х гг. в определенной степени в противовес бесплодным бихевиористским концепциям, господствовавшим в американской психологической науке и рассматривавшим поведение человека в упрощенном механистическом плане (чисто рефлекторном, по типу "стимул-реакция"). Представители когнитивной психологии сделали определенный шаг вперед в объяснении человеческого поведения, указывая, что оно детерминируется знаниями, наличием у человека предварительной информации о тех или иных явлениях. Они говорят о "примерке" к уже имеющимся в нашей психике готовым "стандартам", готовым схемам в ходе познавательных процессов.)

Подобного же рода сцементированные магистрали-дороги-тропки лежат и в основе долговременной памяти. Чтобы какое-то явление или событие вспомнилось, нервные импульсы должны протечь снова именно по данному пути. Что для этого требуется? Прежде всего достаточная степень активации всего пути, всех составляющих его цепей. Такая стимуляция может осуществляться снизу, со стороны ствола мозга, его активирующей ретикулярной формаций. По своей роли такая стимуляция в какой-то степени может быть сравнима с опорным лучом в голографии. Но это как бы лишь самое общее стимулирующее воздействие. Выбор же канала, по которому потекут нервные импульсы дальше, зависит от многих обстоятельств. Например, от фактора времени: самые недавние события вспоминаются легче - "тропки" еще свежи. Или - от законов ассоциации: не так ли запах знакомых духов в вагоне метро может вдруг извлечь из памяти давным-давно забытые события юности?

Как такая электрическая импульсация из нижележащих формаций мозга может потечь по преформированным предварительно путям, очень убедительно было показано в опытах американского нейрофизиолога Е. Джона. Животные сначала обучались распознаванию двух разных частот вспышек света или звуковых щелчков, которые у них связывались с различными поведенческими реакциями. Если же затем определенные отделы мозга через вживленные электроды раздражались электрическим током, подаваемым с такими же разными частотами (соответствующими частотам вспышек света или звуковых щелчков), то это легко вызывало именно тот характер поведения, который был у них предварительно выработан на данную частоту световых или звуковых стимулов.

А во время сна усилившаяся внезапно в стволе мозга импульсация (что-то вами воспринято, хотя и не разбудило - то ли шум за окном, то ли болевое ощущение из-за неудобного положения руки или ноги) может, направляясь вверх по "дорогам-тропкам", собрать воедино такие из них, что получится прямо-таки фантастическое сновидение. Бывает, что и в бодрствующем состоянии слишком сильная импульсация из подкорки, например при волнении, тоже простимулирует в таком необычном сочетании разные "дороги-тропки", что вдруг увидишь нечто не менее удивительное, чем во сне.

Сходного характера формирования многоэтажных ансамблей разной степени жесткости со сложными механизмами перекодирования (электрическими и биохимическими) лежат, видимо, в основе нейрофизиологического обеспечения и таких сложных процессов, как речь и логическое мышление.