Stále si pamätám akčný film „Johnny the Mnemonic“. Tam si K. Reeves do mozgu implantoval flash disk a do neho nahral nemerané množstvo informácií. Aké cool je pamätať si všetko! Ale Sherlock Holmes nazval pamäť - podkrovie. Ak tam všetko vyhodíte a uložíte ho na mnoho rokov, nebude možné ho tam rýchlo nájsť a možno to nebude fungovať vôbec. Preto si pamätal iba to, čo vo svojej práci potreboval.
Dnes už aj odpoveď na základnú otázku - čo je pamäť v čase a priestore - môže pozostávať hlavne z hypotéz a predpokladov. Ak hovoríme o vesmíre, potom stále nie je celkom jasné, ako je organizovaná pamäť a kde presne sa nachádza v mozgu. Vedecké údaje naznačujú, že jeho prvky sú prítomné všade, v každej z oblastí našej „šedej hmoty“.
Okrem toho jednu a tú istú informáciu možno zapísať do pamäte na rôznych miestach.
Napríklad sa zistilo, že priestorová pamäť (keď si prvýkrát pamätáme určité prostredie - miestnosť, ulica, krajina), je spojená s oblasťou mozgu nazývanou hippocampus. Keď sa pokúsime dostať túto situáciu z našej pamäti, povedzme, o desať rokov neskôr, táto pamäť bude už extrahovaná z úplne inej oblasti. Áno, pamäť sa môže pohybovať v mozgu a túto tézu najlepšie ilustruje experiment, ktorý sa raz uskutoční s kurčatami. Potlač zohráva dôležitú úlohu v živote novo vyliahnutých kurčiat - okamžité učenie (a učenie sa ukladá pamäť). Napríklad kuracie mäso vidí veľký pohybujúci sa objekt a okamžite sa „vtlačí“do mozgu: toto je kurča matky, musíte ju nasledovať. Ale ak sa po piatich dňoch z mozgu odstráni časť mozgu zodpovedná za tlač, ukáže sa, že … zapamätané zručnosti nikam nešli. Presunula sa do inej oblasti, čo dokazuje, že existuje jedno úložisko okamžitých výsledkov vzdelávania a druhé úložisko na dlhodobé uchovávanie.
S radosťou si pamätáme
Je však ešte viac prekvapujúce, že mozog nemá takú jasnú postupnosť pohybu pamäte z operačného do trvalého, ako sa to deje v počítači. Pracovná pamäť, ktorá zaznamenáva okamžité pocity, súčasne spúšťa ďalšie pamäťové mechanizmy - strednodobé a dlhodobé. Mozog je energeticky náročný systém, a preto sa snaží optimalizovať využitie svojich zdrojov vrátane pamäte. Príroda preto vytvorila viacstupňový systém. Pracovná pamäť sa rýchlo utvára a rovnako rýchlo sa ničí - na to existuje špeciálny mechanizmus. Na dlhodobé uchovávanie sa však zaznamenávajú skutočne dôležité udalosti, pričom ich význam zdôrazňuje emócia, prístup k informáciám.
Propagačné video:
Na fyziologickej úrovni je emócia aktiváciou najsilnejších biochemických modulačných systémov. Tieto systémy uvoľňujú mediátory hormónov, ktoré menia biochémiu pamäte správnym smerom. Medzi ne patria napríklad rôzne hormóny potešenia, ktorých názvy príliš nehovoria o neurofyziológii, ale o kriminálnej kronike: sú to morfíny, opioidy, kanabinoidy - to znamená lieky, ktoré produkuje naše telo. Konkrétne sa endokanabinoidy generujú priamo pri synapsiách - kontaktoch nervových buniek. Ovplyvňujú efektívnosť týchto kontaktov, a teda „povzbudzujú“zaznamenávanie tejto alebo tej informácie v pamäti. Naopak, ďalšie látky z mnohých mediátorov hormónov môžu naopak potlačiť proces prenosu údajov z pracovnej pamäte do dlhodobej pamäte.
V súčasnosti sa aktívne študujú mechanizmy emocionálnej, tj posilnenia biochemickej pamäte. Jediným problémom je, že tento druh laboratórneho výskumu možno vykonávať iba na zvieratách, ale koľko nám môže laboratórne potkany povedať o svojich emóciách?
Ak sme niečo uložili do našej pamäte, potom niekedy príde čas si tieto informácie zapamätať, to znamená ich extrahovať z pamäte. Je však slovo „extrakt“správne? Zdá sa, že nie príliš. Zdá sa, že pamäťové mechanizmy nezískavajú informácie, ale ich regenerujú. V týchto mechanizmoch nie sú žiadne informácie, rovnako ako v „hardvéri“rádiového prijímača nie je hlas ani hudba. S prijímačom je však všetko jasné - spracúva a prevádza prijatý elektromagnetický signál na anténu. Aký druh „signálu“sa spracúva pri extrahovaní pamäte, kde a ako sa tieto údaje ukladajú, je stále ťažké povedať. Je však už známe, že počas spomínania je pamäť prepisovaná, upravovaná, alebo sa to aspoň stáva pri niektorých druhoch pamäte.
Nie elektrina, ale chémia
Pri hľadaní odpovede na otázku, ako je možné modifikovať alebo vymazať pamäť, sa v posledných rokoch objavili dôležité objavy a na „pamäťovej molekule“sa objavilo množstvo diel.
V skutočnosti sa pokúsili izolovať takúto molekulu alebo aspoň nejaký materiálny nosič myslenia a pamäte po dvesto rokov, ale bez veľkého úspechu. Nakoniec neurofyziológovia dospeli k záveru, že v mozgu nie je nič špecifické: existuje 100 miliárd neurónov, existuje medzi nimi 10 kvadriliónov spojení a niekde tam, v tejto kozmickej sieti sú pamäť, myšlienky a správanie jednotne kódované. Boli urobené pokusy blokovať určité chemikálie v mozgu, čo viedlo k zmene pamäti, ale tiež k zmene celého fungovania tela. Až v roku 2006 sa objavili prvé práce o biochemickom systéme, ktorý sa zdá byť veľmi špecifický pre pamäť. Jej blokáda nespôsobila žiadnu zmenu v správaní alebo schopnosti učiť sa - iba strata časti jej pamäte. Napríklad spomienka na situáciu,ak bol blokátor vstreknutý do hippocampu. Alebo emocionálny šok, ak bol do amygdaly vstreknutý blokátor. Zisteným biochemickým systémom je proteín, enzým nazývaný proteínkináza M-zeta, ktorý kontroluje ďalšie proteíny.
Jeden z hlavných problémov neurofyziológie - neschopnosť viesť pokusy na ľuďoch. Avšak aj u primitívnych zvierat sú základné mechanizmy pamäti podobné tým našim.
Molekula pracuje v mieste synaptického kontaktu - kontaktu neurónov v mozgu. Tu musíme urobiť jednu dôležitú digresiu a objasniť špecifiká týchto kontaktov. Mozog je často prirovnávaný k počítaču, a preto si mnohí ľudia myslia, že spojenia medzi neurónmi, ktoré vytvárajú všetko, čo nazývame myslením a pamäťou, majú čisto elektrický charakter. To však nie je tento prípad. Jazyk synapsií je chémia, tu niektoré vylučované molekuly, ako kľúč so zámkom, interagujú s inými molekulami (receptory) a až potom začínajú elektrické procesy. Účinnosť a vysoká priepustnosť synapsie závisí od toho, koľko špecifických receptorov bude dodaných nervovou bunkou na miesto kontaktu.
Bielkoviny so špeciálnymi vlastnosťamiProteínkináza M-zeta len riadi dodávanie receptorov do synapsie, a teda zvyšuje jeho účinnosť. Ak sú tieto molekuly zapnuté súčasne v desiatkach tisíc synapsií, dôjde k presmerovaniu signálu a zmení sa všeobecné vlastnosti určitej siete neurónov. To všetko nám hovorí málo o tom, ako sú v tomto presmerovaní kódované zmeny pamäte, ale jedna vec je istá: ak je proteínkináza M-zeta blokovaná, pamäť bude vymazaná, pretože chemické väzby, ktoré ju poskytujú, nebudú fungovať. Novoobjavená „molekula“pamäte má množstvo zaujímavých funkcií.
Po prvé, je schopný sa rozmnožovať. Ak sa v dôsledku učenia (to znamená získania nových informácií) v synapsii vytvorí určitá prísada vo forme určitého množstva proteínkinázy M-zeta, potom toto množstvo môže zostať veľmi dlho, napriek skutočnosti, že sa táto proteínová molekula za tri až štyri dni rozkladá. Molekula nejako mobilizuje zdroje bunky a zaisťuje syntézu a dodávanie nových molekúl na miesto synaptického kontaktu, aby nahradila tie, ktoré zostali.
Po druhé, jednou z najzaujímavejších vlastností proteínovej kinázy M-zeta je jej blokovanie. Keď vedci potrebovali získať látku na experimenty blokujúce pamäťovú „molekulu“, jednoducho „prečítali“časť svojho génu, ktorá kóduje jej vlastný peptidový blokátor, a syntetizovali ju. Tento blokátor však nikdy nie je produkovaný samotnou bunkou a na aký účel evolúcia zanechala svoj kód v genóme nejasná.
Tretím dôležitým znakom molekuly je to, že tak aj jej blokátor majú takmer rovnaký vzhľad pre všetky živé bytosti s nervovým systémom. To naznačuje, že v osobe proteínkinázy M-zeta sa zaoberáme najstarším adaptívnym mechanizmom, na ktorom je postavená ľudská pamäť.
Proteínkináza M-zeta samozrejme nie je „pamäťovou molekulou“v tom zmysle, v akom ju vedci v minulosti dúfali. Nie je to materiálny nosič zapamätaných informácií, ale samozrejme funguje ako kľúčový regulátor účinnosti spojení v mozgu, iniciuje vznik nových konfigurácií v dôsledku učenia.
Spojte sa
Teraz experimenty s blokátormi proteínkinázy M-zeta majú v istom zmysle charakter „streľby po celej oblasti“. Látka sa vstrekuje do určitých častí mozgu experimentálnych zvierat pomocou veľmi tenkej ihly, a tak okamžite vypína pamäť vo veľkých funkčných blokoch. Hranice penetrácie blokátora nie sú vždy jasné, ako aj jej koncentrácia v oblasti lokality vybranej ako cieľová. Výsledkom je, že nie všetky experimenty v tejto oblasti prinášajú jednoznačné výsledky.
Skutočné pochopenie procesov prebiehajúcich v pamäti sa dá dosiahnuť prácou na úrovni jednotlivých synapsií, ale vyžaduje to cielené doručenie blokátora do kontaktu medzi neurónmi. Dnes to nie je možné, ale keďže takáto úloha čelí vede, skôr či neskôr sa objavia nástroje na jej riešenie. Na optogenetike sú pripnuté špeciálne nádeje. Zistilo sa, že bunka, v ktorej je zabudovaná schopnosť syntetizovať proteín citlivý na svetlo pomocou metód genetického inžinierstva, môže byť riadená laserovým lúčom. A ak takéto manipulácie na úrovni živých organizmov ešte neboli vykonané, niečo podobné sa už robí na základe kultivovaných bunkových kultúr a výsledky sú veľmi pôsobivé.
Autor - doktor biologických vied, zodpovedajúci člen Ruskej akadémie vied, profesor, riaditeľ IVNDiNF RAS