Молекулярные схемы укрепляют память

Как натренировать обычную память и укрепить плохую? Вопрос не праздный, ведь хорошая память — это успешная учеба и эффективная работа, а в старости от памяти начинает зависеть безопасность и качество жизни человека. Исследователи-нейробиологи зрят в корень — в нейрохимические основы процесса запоминания. Зная их, память можно существенно улучшить.

Фото:  

Недавно ученые из Техасского университета в Хьюстоне (США) под руководством Джона Бирна обнаружили, что нервные клетки запоминают информацию лучше, если обучающий материал подается по определенному "неровному" расписанию. Чтобы тот или иной факт осел в нашей памяти, требуется синтез определенных белков в нервных клетках. Запоминая несколько фактов подряд, желательно попасть "в резонанс" с биохимическими процессами, чтобы не истощить клетки, а напротив, сделать запоминание более эффективным.

Для упрощения процесса ученые проводили эксперименты на брюхоногом моллюске — гигантской морской улитке аплизии (Aplysia californica). Аплизия — прекрасный кандидат для изучения нервной деятельности. Дело в том, что ее нервная система состоит всего из 20 тысяч нейронов, которые настолько велики, что их можно различить невооруженным глазом. Что еще более удобно, базовые биохимические принципы работы нервной системы имеют общие черты у всех организмов, и полученные при изучении моллюска данные могут быть применимы к высшим животным.

Читайте также:            Три эшелона защиты морского зайца

Разумеется, моллюска не учили математике или биологии, а просто… пугали. На испуг аплизия реагирует сокращением жабр и сифона. Если же неприятный стимул повторить несколько раз, животное запоминает это и вырабатывает к нему повышенную чувствительность. У таких "обученных" улиток реакция на стимул оказывается более длительной. Когда исследователи хотят обучить чему-нибудь улитку, они несколько раз подвергают ее воздействию какого-нибудь стимула через равные промежутки времени.

Однако в недавнем эксперименте выяснилось, что обучение происходит гораздо лучше, если стимулы подаются через неравномерные временные интервалы. У аплизии процесс анализа внешнего стимула и его запоминания сопровождаются двумя биохимическими каскадами, которые последовательно активируют новые и новые белки. Один из этих каскадов работает быстро, другой чуть более медленно. Эти химические реакции обеспечивают то, что в строго определенное время каждый нейрон располагает нужным набором белков, позволяющих произвести нужную "запись" в памяти.

Синтез необходимых белков начинается в ответ на стимул. Исследователи предположили, что есть более благоприятный момент для повторной демонстрации стимула — и наступает он тогда, когда новая волна активации генов войдет в резонанс с предыдущей и улучшит запоминание за счет наличия нужных белков в клетке. На основании данных о генно-белковой динамике ученые построили математическую модель и разработали "расписание уроков" для улитки. Оно было примерно таким: первые три стимула шли с интервалом в 10 минут, четвертый — через пять минут после третьего, последний, пятый, — через полчаса после четвертого.

Метод оказался успешным: улитки, учившиеся по разработанному "расписанию" запоминали стимул лучше, чем контрольная группа, которую тренировали через равные промежутки времени. Моллюски, обученные по стандартной схеме, забывали сигнал опасности спустя пять дней, экспериментальная группа улиток сохраняла его в памяти дольше этого срока. Результат этого эксперимента действительно очень значим, поскольку, как уже говорилось выше, базовые нейробиологические механизмы памяти у улиток сходны с механизмами запоминания у высших млекопитающих.

Чуть позже та же группа исследователей попыталась узнать, можно ли предотвратить ухудшение памяти. Этот вопрос волнует большинство пожилых людей: старческая забывчивость — вещь столь же обычная, сколь неприятная.

Чтобы смоделировать возрастное (или любое другое) ухудшение памяти, культуру нервных клеток все той же аплизии обрабатывали специальным веществом, ослабляющим контакты между нейронами. Это процесс довольно точно имитирует "забывчивость": ведь запоминание зависит от интенсивности обмена информацией между нервными клетками и стойкостью межнейронных соединений. Чтобы имитировать обучение гипотетического забывчивого субъекта, ученые использовали другое вещество — на сей раз возбуждающее нейроны. "Сеансы запоминания" проводились по схемам, рассчитанным по модели предыдущего эксперимента. Разные схемы предусматривали разные и нерегулярные интервалы между стимулами, от 5 до 50 минут.

В своей статье, опубликованной в Journal of Neuroscience, исследователи рассказывают, что после пяти обучающих сеансов по таким схемам межнейронные соединения восстанавливались. То есть можно сказать, что у культуры клеток "улучшалась память"! То есть схемы обучения, созданные в эксперименте, не просто улучшают здоровую память, но и лечат поврежденную.

Читайте также:    Гены хранят память о трудном детстве

Над тем, чтобы создать аналогичные схемы для человека, придется немало потрудиться: ведь нейрохимические процессы в нашем мозге намного сложнее, чем в нервных клетках моллюска. Однако результаты исследований можно назвать весьма оптимистичными: возможно, в недалеком будущем память можно будет не только тренировать, но и восстанавливать, пользуясь всего лишь правильным расписанием занятий!