Устройство памяти. От молекул к сознанию - [99]

Каким образом усиление секреции глутамата или увеличение количества взаимодействующих с ним рецепторов вызывает последующие пре- и постсинаптические изменения? Как и у аплизий, ключевую роль здесь играют ионы кальция. Если концентрация кальция в инкубационной среде для срезов гиппокампа возрастает, индукция ДВП облегчается, тогда как после удаления кальция вызвать ДВП не удается. Введение в постсинаптическую клетку молекул, связывающих ионы кальция и выводящих их из раствора, тоже блокирует ДВП. Это позволило Гэри Линчу[26], работающему в Ирвине (Калифорния), предположить, что ДВП инициируется каким-то процессом, включающим усиленное поглощение кальция постсинаптической клеткой. По мере появления новых данных модель Линча обогащалась деталями, но в ее раннем варианте, который он разработал вместе со своим давним сотрудником Мишелем Бодри [24], предполагаемое действие кальция состояло в активации фермента на постсинаптической стороне, разрушающего белки.

Согласно этой модели, активированный фермент действовал на уровне синаптической мембраны, где в результате возрастало количество доступных связывающих участков NMDA-рецепторов, которые до того оставались погруженными в поверхностный слой мембраны и потому неактивными. А большее число связывающих участков означало повышенную чувствительность постсинаптической клетки к глутамату и, следовательно, большую вероятность ее возбуждения.

Между тем известны многообразные внутриклеточные эффекты кальция, поэтому возможны и другие пути его воздействия на синаптическую мембрану. К наиболее важным молекулярным компонентам мембраны относятся различные белки, способные обратимо присоединять фосфатные группы. При связывании фосфата (этот процесс называется фосфорилированием) форма белка изменяется, что может приводить к закрытию или открытию каналов, пронизывающих всю толщу мембраны от ее наружной поверхности до внутренней. Эти каналы обусловливают проницаемость мембраны для ионов или молекул, которые могут проникать в клетку и действовать как сигналы для инициации биохимических каскадов, что в конечном итоге приводит к синтезу новых компонентов синаптической мембраны и тем самым к перестройке синапса. В следующей главе я расскажу, как это происходит. Фосфорилированию подвержены многие мембранные белки, постсинаптические и пресинаптические, а ферменты, катализирующие этот процесс, носят общее название протеинкиназ. Одна из них специфически активируется кальцием (и потому ее также сокращенно обозначают Са-ПК). В конце восьмидесятых годов благодаря работам нескольких лабораторий стало ясно, что вещества, подавляющие активность этого фермента, блокируют и ДВП. В связи с этим пришлось пересмотреть модели механизмов ДВП и включить в них эффект, опосредуемый через фосфорилирование специфических пре- и постсинаптических мембранных белков [25]. Хотя еще в полном разгаре споры о том, что важнее — пре- или постсинаптические изменения, не исключено (как это нередко, хотя и не всегда, бывает в науке), что в чем-то правы оба лагеря. Механизмы памяти скорее всего связаны с изменениями по обе стороны синапса.

Можно ли считать ДВП памятью?

Долговременная потенциация в гиппокампе, несомненно, представляет собой необычайно перспективную модельную систему, которая уже позволила получить много данных о том, как можно связать нейрофизиологические изменения с биохимическими и структурными механизмами. Однако я не убежден, что уже поставлены наиболее важные биохимические вопросы, — отчасти потому, что слишком много внимания уделялось интимным синаптическим процессам, связанным с инициацией ДВП, и на удивление мало — самой долговременности этого феномена, которая кажется мне наиболее интересной его стороной. Изменения в притоке ионов кальция, в фосфорилировании мембранных белков или в активации NMDA-рецепторов — все это возможные механизмы кратковременного изменения электрических свойств клетки, но если мы хотим, чтобы ДВП действительно служила моделью долговременной памяти, важно знать, что сообщает этому изменению устойчивость, что привносит букву Д в аббревиатуру ДВП.

Особая ценность ДВП как модели, помимо возможности еще более свободно, чем в случае с аплизией, переходить с одного уровня анализа на другой (от интактного организма к срезу), определяется геометрическим фактором. Клеточные и биохимические изменения, которые нужно связать с поведенческими реакциями, так же как образование следов памяти, должны быть точно локализованы во времени и пространстве, в соответствии с критериями, сформулированными в начале этой главы. Гиппокамп — это одна из областей мозга млекопитающих, строение, связи и геометрия которой хорошо известны, что делает в принципе осуществимым такое картирование. Поэтому при разработке моделей памяти гиппокамп открывает большие возможности для проверки хеббовских закономерностей обучения на нейронах, связи которых действительно известны, а не остаются предметом догадок [26}.

Возвращаясь к вопросу, с которого я начал обсуждение феномена долговременной потенциации, попробуем решить, действительно ли она может служить моделью длительных изменений в нервной системе или, более того, это и есть сам механизм памяти? В пользу того, что ДВП — это механизм, обеспечивающий хранение в мозгу следов памяти, говорит (как я уже отмечал) прежде всего хорошо известная роль гиппокампа в различных формах памяти, так же как и факт существования ассоциативных форм ДВП. Но дальнейшие аргументы носят уже гипотетический характер. Так, например, ДВП усиливается у крыс, обученных находить корм в оперантных задачах, тогда как блокирующие ДВП вещества препятствуют также обучению в условиях водного лабиринта. С возрастом крысы утрачивают способность обучаться новым навыкам, и в то же время у них не наблюдается потенциация. Но если сопоставить эти доводы с критериями, сформулированными в начале главы, они уже не будут выглядеть столь убедительными.