Долговременная потенциация

В частности, морфологи Мэри Чен и Крейг Бэйли потратили несколько лет на изучение и измерение синапсов абдоминального ганглия аплизии. Они обнаружили, что при ассоциативном научении происходят характерные изменения формы и числа этих синапсов (весьма сходные с наблюдавшимися нами у цыплят, я более подробно опишу их в следующей главе). Некоторые из этих изменений носят кратковременный характер, а другие (особенно увеличение числа синапсов), по-видимому, более стойки. Если это действительно так, если создание устойчивой простой ассоциации связано с образованием множества новых синапсов, то нельзя утверждать, что память "представлена" единственным набором синапсов на определенном моторном нейроне; в этот процесс должны быть вовлечены тысячи синапсов, распределенных между многими клетками [12]. Окончательную точку в этом споре поставил Том Кэрью, который сейчас работает в Йельском университете.

Он изучал ход развития аплизии от крошечной свободноплавающей личинки через ряд промежуточных стадий до взрослой особи и, в частности, картировал формирование нервной системы и поведения у этого животного. По его наблюдениям, привыкание появляется на относительно ранней стадии, а сенситизация намного позже. В нервной системе совсем юных аплизии сравнительно мало нейронов, тогда как начальный период проявления сенситизации совпадает со временем резкого увеличения их числа. Но если для сенситизации требуется лишь

описанная ранее простая реакция комплекса из трех нейронов, то трудно понять, почему в отличие от привыкания она должна зависеть от такого роста популяции нервных клеток [13].
Я уделил здесь время рассказу об аплизии не только ввиду важности достижений Эрика Кэпдела в плане накопления экспериментального материала и разработки теоретических моделей, но прежде всего в связи с тем местом, которое они заняли в учебниках и руководствах, сделав нейрофизиологию памяти полноправной наукой и сформировав целое направление исследований. Несмотря на ряд важных различий в результатах, полученных на Apfysia и на Herniissenda, и в их интерпретации соответствующими научными школами [14], обе группы внесли вклад в это направление, руководствуясь общей теоретической задачей, которая ведет к четкой, но, мне кажется, в конечном счете ошибочной редукционистской философии и стратегии поиска механизмов памяти. Конечно, ни один творчески мыслящий ученый не станет упрямо придерживаться устоявшихся взглядов перед лицом новых фактов, но только сам Кэндел может сказать, как далеко он отошел от своих ранних крайне редукционистских убеждений.

Теперь пора перейти к рассказу о той экспериментальной системе, которая в последнее десятилетие стала (и до сих пор остается), вероятно, единственной по-настоящему популярной в нашей науке моделью научения.
Долговременная потенциация
В шестидесятых годах в нейрофизиологической литературе стали появляться отдельные сообщения о том, что многократная, производимая с достаточной частотой стимуляция нервных путей к некоторым областям коры головного мозга приводит к длительному усилению спонтанной электрической активности таких областей. Это явление в сущности, повышение эффективности передачи между пре- и постсинаптическими клетка-ми получило название потещиации может ли такая потенциация быть одной из форм нейрофизиологической памяти? В 1973 году в очень часто цитируемой теперь статье Тим Блисс из Национального института медицинских исследований в Лондоне и Терье Лёмо описали совместную работу, проведенную ими в лабораторйй Пера Андерсена в Осло. Они обнажали у наркотизированных кроликов гиппокамп и идущие

9.4. Гиппокамп крысы. На увеличенном изображении представлен срез гиппокампа с зубчатой извилиной (DG) и перфорантным нервным путем (РР).

Другие области, где имеет место ДВП, включают СА1 и САЗ.
к нему нервные пути и подводили к одному из этих путей "перфорантному" (perforant) стимулирующие электроды, а регистрирующие электроды вводили в ту область гиппокампа, где перфорантный путь образует синапсы (в зубчатую извилину, 9.4). Когда они после этого_стимулировали перфорантный путь залпом электрических импульсов частотой 10100 в секунду и длительностью доДС1еекунд, наблюдалось необычайно продолжительное (до 10 часов) усиление активности нейронов зубчатой извилины гиппокампа [15]. Авторы назвали этот феномен долговременной потенциацией (сокращенно ДВП).

На самом[деле ДВП длится гораздо дольше десяти часов; этот эффект наблюдали и у наркотизированных животных с вживленными электродами, причем в этом случае потенциация сохранялась иногда на протяжении 16 недель после первоначальной кратковременной стимуляции. По-видимому, краткая электрическая стимуляция гиппокампа приводила к изменению "электрических свойств его клеток.
Блисс, Лёмо, Андерсен и многие другие нейробиологи сразу же заинтересовались этим явлением. Это был сильно выраженный эффект специфический, воспроизводимый и, сверх того, поддававшийся физиологическому, а позднее также биохимическому, фармакологическому и морфологическому исследованию. Гиппокамп млекопитающих был уже хорошо известной структурой, его нервные связи, входные и выходные нервные пути подробно картированы и легко распознаваемы на различных препаратах, хотя индивидуальные нейроны не поддавались такой прямой идентификации, как у аплизии.
Продолжительное изменение выходной клеточной реакции на
определенное входное воздействие служит по меньшей мере ярким примером нервной пластичности; больше того, весьма специфичная форма, которую приобретаем реакция" можех. рассматриваться как проявление памяти. Было уже достаточно хорошо известно, что и у человека, и у других млекопитающих гиппокамп имеет какое-то отношение к памяти. Не может ли долговременная потенциация (ДВП) служить механизмам образования энграмм?

Не могут ли физиологи использовать ее хотя бы как модель для изучения памяти? Блисс и Лёмо явно склонялись к этому, считая свою процедуру стимуляции аналогом "условного раздражения"; однако они заключили свою статью загадочной оговоркой: "Другое дело использует ли интактное животное в реальной жизни то свойство, которое было выявлено путем синхронной повторной стимуляции группы нервных волокон, нормальная активность которых неизвестна" [15].
ДВП легко вызывать и изучать классическими методами нейрофизиологии, поэтому вряд ли стоит удивляться ее популярности в качестве потенциальной модели памяти. В ближайшие годы после первых наблюдений Блисс в Лондоне, Андерсен в Осло и все большее число исследователей в других лабораториях стали в мельчайших подробностях изучать физиологию ДВП. Было показано, что этот феномен выявляется не только у наркотизированных и ненаркотизированных кроликов, крыс и других лабораторных животных, но и в препаратах in vitro.
Гиппокамп легко извлечь из мозга вместе с его входными нервными путями, в том числе и перфорантным путем. Благодаря трехмерной структуре гиппокампа можно получать тонкие срезы с интактными путями к клеткам того же среза, как показано на 9.4. Такие срезы культивировали in vitro и изучали их электрические свойства. Так забытая с пятидесятых годов методика Мак-Илвейна снова вошла в моду у нейробиологов в конце семидесятых годов.

Надлежащая стимуляция нервных путей в таких срезах тоже приводила к ДВП, которая сохранялась до отмирания среза.
Характеристики ДВП примерно одинаковы и в срезах, и в интактном мозгу. Во-первых, в обоих случаях реакция специфична. для определенных путей. Иными словами, она развивается только в тех клетках, к которым подводится "условный раздражитель", а не распространяется от клетки к клетке, т. е. это результат, функционирования сети специфических связей, а не волна диффуз-ной активности. Такую специфичность можно изящно продемонстрировать благодаря наличию нескольких различных подводящих
путей к отдельным участкам даже в одном срезе гиппокампа. Во-вторых, для индукции ДВП требуется повторное воздействие достаточно частых импульсов: то же число импульсов, поступающих с меньшей частотой, не вызывает эффекта. Таким образом, существует частотный порог индукции ДВП._При_ частоте импульсов выше пороговой ДВП может развиваться либо постепенно, либо по принципу "все или ничего" в зависимости-от ритма, интенсивности и частоты условных стимулов. Развитие" ДВП происходит по меньшей мере в две (возможно, в три) фазы, с коротким периодом инициации и более длительной фазой устойчивой реакции, которые рассматриваются как аналоги перехода от кратковременной памяти к долговременной. ""* Третий и, пожалуй, самый интересный момент с точки зрения клеточной аналогии памяти состоит в следующем.

В начале восьмидесятых годов было показано, что существует ассоциатив-„ ная форма ДВП. При этом слабая стимуляция, недостаточная сама по себе для поддержания ДВП, может стать активирующим фактором, если сочетается с сильной стимуляцией через второй путь [16]. Оба вида стимуляции должны совпадать или ассоциироваться во времени, как условный и безусловный раздражители при ассоциативном научении.

Содержание раздела