Нейромир: Куда переезжает память?

Найти память и обозначить ее на карте мозга стремится далеко не первое поколение физиологов. Но до сих пор такие попытки оставались тщетными

Мозг хранит в себе память — но где именно эта память находится, как она выглядит, из чего состоит? 

Да и имеют ли смысл такие вопросы хотя бы теоретически? 

Чем больше известно ученым о памяти, тем больше между ними философских разногласий. Нейробиолог Николай Кукушкин комментирует для «Чердака» недавнее исследование памяти улиток, ставящее под сомнение привычные идеи о работе нервных клеток.

В мае произошло большое потрясение в дружном сообществе нейробиологов аплизии, симпатичной морской улитки, любимой учеными в качестве модельного объекта исследований памяти и обучения. Лаборатория Дэвида Гланзмана в Университете Калифорнии в Лос-Анджелесе опубликовала статью, в которой утверждаются две вещи, для специалиста совершенно сногсшибательные. Во-первых, память у аплизий, гласит статья Бедекаррат и коллег, содержится в рибонуклеиновой кислоте, или РНК. Во-вторых, если эту РНК выделить из одного животного и привить другому животному, то память таким образом можно пересадить.

Идею пересадки памяти ученые любят почти так же, как фантасты. Но если, например, создателей сериала «Черное зеркало» интересуют практические и этические аспекты возможности поделиться воспоминанием, то с точки зрения нейробиологии пересадка памяти заманчива сама по себе, как научный результат. Если память можно пересадить — значит, она физически содержится в том, что пересажено. А это уже открытие мирового масштаба. Но что вообще означает, что память где-то физически содержится?

Многие скажут, что память «расположена» в гиппокампе, специальном отделе мозга, без которого воспоминания о событиях не формируются. Но гиппокамп требуется лишь для особой формы запоминания, характерной для человека и родственных нам животных, — эпизодической, или автобиографической, памяти. Даже та, впрочем, со временем теряет зависимость от гиппокампа и будто бы «переезжает» в другой отдел, кору. Многие вещи, например навыки, наш мозг запоминает и без использования гиппокампа, а у других животных может вообще не быть отделов мозга, как-то связанных с нашими.

Найти память в анатомическом атласе, обозначить ее на карте мозга стремится далеко не первое поколение физиологов. Но до сих пор любые такие попытки оставались тщетными: память как явление упорно не хочет ограничивать себя единым адресом в нервной системе. Выходит, Гланзману с коллегами все-таки удалось сделать то, что другим столько лет не удавалось?

Улитки наивные и испуганные

Поскольку проводить биохимические опыты над человеком нехорошо, большинство нейробиологов используют для этих целей мышей, иногда — мух или червей, а иногда, как в случае лаборатории Гланзмана, — морских улиток. У всех этих животных есть свои преимущества. Что касается аплизии, ее главное достоинство — удивительная простота нервной системы, дающая прямой доступ к изучению нервных клеток на молекулярном уровне. Условно говоря, если задача — понять, как работает транзистор, то эффективнее изучать простенький радиоприемник, чем под микроскопом копаться в восьмиядерном процессоре.

Сам эксперимент Бедекаррат, Гланзмана и их коллег крайне простой. У аплизий есть защитные рефлексы: если улитку легонько ткнуть, она втягивает важные части тела, например сифон, специальную дыхательную трубку на спине. Такие рефлексы можно тренировать: если ударить животное током, то сила защитного втягивания временно увеличится, но рано или поздно вернется к норме. То есть у животного от электрического шока формируется краткосрочная память об опасности, которая проявляется в сильном втягивании сифона при малейшем раздражении. Если током бить несколько раз, то получится более долгосрочное усиление. Иными словами, чем больше улитку тренировать, тем лучше она помнит — совсем как в случае с привычной, человеческой памятью.

Так вот, Бедекаррат с Гланзманом берут улитку и усердно бьют ее током, так, чтобы запомнилось на два дня. Через два дня проверяют — сифон действительно втягивается резво, то есть улитка все еще напугана. 

- Животное усыпляют и из его нервной системы выделяют РНК, очищают и вводят другой аплизии, которая ничего не подозревает (для таких случаев есть приятный термин — «наивное животное»). День спустя этих новых аплизий тестируют — и здесь выясняется, что сифон у них втягивается почти так же сильно, как у тех несчастных улиток, которых, собственно, пугали электрошоком.

Получается, учили одних, а помнят другие, наивные.

Генетическая память?

Здесь требуется пояснить, что вообще такое РНК и почему вообще возникла идея ее откуда-то выделять и куда-то вкалывать.

Рибонуклеиновая кислота — родственница более фотогеничной дезоксирибонуклеиновой кислоты, чья двойная спираль, как известно, содержит в себе генетическую информацию. Раньше и считалось, что РНК в клетке на вторых ролях. Небольшие цепи РНК представляют собой копии отдельных участков огромной, непрерывной цепи ДНК. Это как бы выписки из генетического архива, необходимые для исполнения заложенных в нем указаний. Гены, то есть собственно информационный контент ДНК, — это прежде всего инструкции для производства разнообразных белков, главных клеточных машин, выполняющих почти все жизненно важные функции организма. Изначально биологи считали, что РНК просто доносит информацию от архива-ДНК до точки производства белков.

Но со временем статус РНК заметно поднялся. 

Во-первых, укрепилось мнение, что с РНК началась жизнь на Земле. Эта молекула, скорее всего, умела воспроизводить саму себя еще до появления ДНК, белков и клеток.

Во-вторых, выяснилось, что многие РНК не кодируют белок, а имеют собственные функции, с белками не связанные. 

В-третьих, оказалось, что даже из белок-кодирующих РНК большинство проводит время, не производя белок, а болтаясь по клетке в качестве резерва, который можно в любой момент быстро мобилизовать, чтобы произвести враз, гору какой-нибудь конкретной белковой молекулы.

Эти-то резервные РНК и интересуют Гланзмана и его группу. ДНК на клетку одна, а РНК можно производить больше или меньше. Изменяя количество РНК, можно временно «усилить» те или иные гены в тот или иной момент времени. Что если в этом временном усилении генов и состоит запоминание? 

Что если память содержится в распределении резервов РНК, произведенных в результате обучения?

Такая идея в принципе вписывается в нейробиологический цайтгайст. В частности, несколько месяцев назад прогремело открытие РНК-обмена между нервными клетками. Если вкратце, два независимых исследования показали, что в ходе обучения нервные клетки изготавливают вирусоподобные частицы, набитые РНК, и «заражают» ей соседние клетки. То есть нейроны теоретически могут не только запоминать информацию путем накопления РНК, но и распространять эту информацию путем РНК-обмена. 

По сути дела, Гланзман и коллеги решили выяснить, возможен ли такой обмен между разными животными. Введя наивной улитке РНК из напуганной улитки и получив в результате усиление втягивающего рефлекса, они заключили, что обмен возможен.

Заглянуть в чужой мозг

Как и лаборатория авторов работы, моя лаборатория под руководством Тома Карю в Нью-Йоркском университете работает с аплизиями и интересуется фундаментальными вопросами о природе памяти. С Дэвидом Гланзманом и его группой мы неплохо знакомы. По личному общению я знаю, что в целом наши взгляды на память сходны, хотя некоторые идеи наших калифорнийских коллег мы считаем чересчур рискованными.

С моей точки зрения, для обоснования своего открытия авторам исследования нужно ответить на две категории вопросов: технические и философские.

Технические вопросы сводятся к тому, что же стряслось с наивной улиткой. Гланзман со товарищи никак не подтвердили, что извлекают из испуганной улитки именно РНК, что РНК физически достигает в наивной улитке нервной системы и что эта РНК вызывает внутри ее клеток какие-то изменения. По сути, вся теория с РНК в качестве носителя памяти зиждется на методе ее очистки, а метод в исследовании используется самый простой, можно сказать дедовский. Поскольку с точки зрения биологических канонов весь процесс звучит довольно революционно, требуются, пожалуй, более весомые аргументы в пользу такого переворота.

Философские вопросы сводятся к тому, что такое память и что значит ее «пересаживание».

Раньше считалось, что память непременно должна где-то «лежать», а стало быть, если ее найти, то ее можно взять и переложить. И действительно, один за другим находились ответы на вопрос, где она, эта память. 

Память содержится в гиппокампе. 

Память содержится в коре. 

Память содержится в силе синапсов — соединений между нейронами. 

Память содержится в стабильно активированных ферментах, удерживающих клетку в возбужденном состоянии. Память содержится в эпигенетических программах. 

Память содержится в прионах. 

Память содержится в рибосомах. Кто же прав?

На самом деле противоречия никакого нет. Постепенно все эти способы и уровни сохранения информации в мозге стали складываться в общую картину: память не столько предмет, сколько агрегатное состояние. 

Мозг воспринимает мир, и в нем что-то меняется. Эти изменения влияют на то, как мозг продолжает воспринимать мир. Одни изменения быстро исчезают, другие сохраняются дольше, наслаиваясь на вновь происходящие изменения, вызывая в комбинации новые изменения, и так далее. В любой момент времени весь комплекс этих изменений — как долгосрочных, так и краткосрочных — и представляет собой то, что мы воспринимаем как память. Мы одновременно помним то, что произошло только что, и то, что произошло много лет назад.

Ясно, что при таком подходе к памяти она нигде не «лежит» и «переложить» ее невозможно. Память принципиально относится к конкретному мозгу — она представляет собой текущее отражение всей совокупной истории его отделов, нейронов и молекул. Мозг не «содержит» память, он и есть память.

Это очевидно и из бытового опыта. Если бы память можно было извлечь и спроецировать на экран, как в том самом сериале «Черное зеркало», это бы означало, что мы запоминаем реальность объективно, как видеокамера. Но память так не работает. Некоторые вещи запоминаются хорошо, некоторые плохо. Хорошо запоминается то, на что мы обращаем повышенное внимание, то, что вызывает сильные эмоции, то, что связано с другими воспоминаниями, то есть мозг, в отличие от видеокамеры, активно выбирает, что помнить, а что нет.

Мало того, что мозг запоминает очень селективно, помним мы не реальность как таковую, а состояние своего мозга в момент восприятия. То, в свою очередь, может быть вызвано как внешними причинами (что происходит вокруг), так и внутренними причинами (эмоциями, мотивацией, другими воспоминаниями). Вспоминая, мы частично приводим мозг в то же состояние, и при таком воспроизведении «внутренние» источники от «внешних» неотделимы. Соответственно, моя память — это именно моя память и ничья другая, ведь ни у кого другого нет точно такого же мозга, чтобы привести его в такое же состояние. Копировать нечего и некуда.

Память везде и нигде

Как же быть с улитками? В эксперименте наивная аплизия, получив инъекцию РНК из испуганной аплизии, становилась испуганной. Если это не копия памяти, то что?

Проведем мысленный эксперимент над двумя воображаемыми улитками. 

Улитке 1 сделан укол, скажем, водки (напомню, эксперимент мысленный). Допустим, что вследствие укола двигательная активность улитки 1 возрастает, а рефлексы ухудшаются. Улитка 2 водку не получает, но в решающий момент эксперимента исследователь переливает гемолимфу (улиточью кровь) от улитки 1 улитке 2 — и выясняется, что улитка 2 теперь тоже быстро бегает и плохо реагирует. Можно ли сказать, что состояние второй улитки — «копия» состояния первой? Разве что с большой натяжкой. Логичнее сказать, что нервная система обеих улиток подверглась одинаковому воздействию и нечто, оказывающее такое воздействие (водка), было перелито исследователем вместе с гемолимфой.

Так и в эксперименте Бедекаррат. Одну улитку били током, и в ее мозге возникло нечто, вызывающее усиленное втягивание сифона. Введенное в другую улитку, оно вызвало тот же эффект. Даже если допустить, что нечто представляет собой РНК, «копированием памяти» это все равно язык не поворачивается назвать. «Скопировано» лишь поведенческое проявление состояния нервной системы, независимо вызванного в двух мозгах стимулом извне.

Подводя итог: идея о резервных РНК, накапливающихся в клетках в процессе опыта, действительно свежа и жизнеспособна. Клетки запоминают свою историю тысячами способов, в совокупности составляющих память всего мозга. Флуктуации «силы генов», выраженные в волнах тех или иных молекул РНК, вполне вероятно относятся к таким способам сохранения информации: они наверняка несут в себе отпечаток окружающего мира, память о прошлом, сохраненную на будущее. В этом смысле работа Гланзмана и коллег, возможно, даже опережает время. К сожалению, ее достоинства несколько меркнут на фоне явно чрезмерной популяризации результатов.

Так где живет память? Память живет везде и нигде конкретно. Ее границы определяются границами выбранной системы: молекула РНК, гиппокамп, мозг, организм. При желании понятие памяти можно распространить и на системы более масштабные: сообщество, культура, человечество. По-настоящему един между этими уровнями памяти только сам факт того, что нечто, произошедшее в прошлом, оставляет в системе отпечаток, меняющий ее в будущем. С моей точки зрения, мозг — это многоуровневая машина таких отпечатков. Искать «самый главный отпечаток» — значит недопонимать эволюционный смысл нервной системы.

P/S

@Яблочный:

Всё бы ничего, но даже не подпустили и близко вариант облачного хранилища вне тела и клеток (где то рядом)..

Память - это одно дело а вот экскременты с близнецами показали совершенно поразительные результаты. 

Одному близнецу (1) где то в лаборатории города N делали не хорошо...Второй близнец сидел в городе А в двух тысячах км от города N в такой же лаборатории с кучей датчиков на голове...

- Близнецу (1) медикаментозно подняли давление.. и о чудо, у близнеца(2) давление так же начало расти без каких либо вмешательств. И это не взирая на пару тысяч км расстояния.

Ну и как это объяснить?

Как объяснить тревогу матери на работе в 10-20 км от дома, когда с ребенком в школе или детском саду приключилась беда..?

Каак? 

Нет ответа, ибо нынешняя наука пока что блукает во тьме (весьма вероятно что преднамеренно) 

Хотя постойте, верните «ЭФИР» людям! И всё встанет на свои места.

****

Жак Фреско: После смерти всё откроется.