Мозг: биография. Извилистый путь к пониманию того, как работает наш разум, где хранится память и формируются мысли

Имея в виду данный принцип, в 1959 году, после шести месяцев напряженных размышлений, Кандель решил исследовать клеточную основу обучения и памяти, изучая крупного морского моллюска без раковины из рода морских зайцев, аплизию, который обитал у калифорнийского побережья. У этого животного, которое вырастает до более чем 30 см в длину, большие нейроны, которые видно невооруженным глазом, очень простой мозг – всего 20 000 нейронов, сгруппированных в девять кластеров, – и простой набор поведенческих рефлексов. В то время только горстка людей в мире изучала аплизий, и, до того момента, как Кандель сделал свой решающий выбор, он прежде никогда не исследовал улиток и не записывал данные с ее нейронов; он даже не был уверен, что эти животные могут учиться [51]. Цель ученого, которую он сам изложил в первой заявке на грант и полностью реализовал в последующие десятилетия, состояла в том, чтобы «изучить клеточные механизмы электрофизиологического состояния и синаптического использования в простой нервной сети». Это означало, что Кандель собирался выяснить, как изменяется активность нервной системы аплизии, в частности синапсов, в результате процесса обучения.

Кандель сосредоточился на легко измеримом поведении – рефлексе отдергивания жабр улитки[220]. Легкое прикосновение к частям тела животного заставляло его втягивать жабры в основной защитной реакции. Группа Канделя показала, что данный рефлекс может демонстрировать очень простые формы обучения и кратковременной памяти – привыкание (снижение реакции при повторной стимуляции) и сенсибилизацию (усиление реакции, если легкое прикосновение было связано с кратковременным электрическим разрядом). И в итоге они показали, что улитка способна учиться классическим установкам, очень похожим на те, что использовались в экспериментах Павлова с собаками.

На протяжении многих лет Кандель и его коллеги выявляли нейронные цепи, участвующие в этом поведении, и доказали, что нейрофизиологический постулат Хебба был верен. Обучение действительно включает в себя изменение силы синапсов в небольших цепочках нейронов. В кратковременной памяти это изменение включает усиленное высвобождение нейромедиаторов. В долговременной памяти, которая индуцируется повторной ассоциацией стимулов, это усиленное высвобождение нейромедиаторов сопровождалось развитием новых синаптических связей между нейронами. Энграмма, как и предсказывал Хебб, в конечном счете была не чем иным, как изменением синаптической активности.

В начале 1980-х годов группа Канделя присоединилась к молекулярной революции, которая трансформировала биологию, позволив описать сложные молекулярные каскады внутри клеток и выявить гены, продуцирующие компоненты этих систем. В конце концов группа Канделя, наряду со многими другими, смогла обнаружить молекулы внутри нейрона, которые участвуют в создании памяти – циклический аденозинмонофосфат (АМФ), различные ферменты и белок под названием CREB, который эффективно включает и выключает ген циклического АМФ, позволяя организму решать, хочет ли он запомнить то, что узнал. Молекулы циклического АМФ, обычно называемые вторичными мессенджерами (посредниками), потому что доставляют сообщение, первоначально переданное нейромедиатором или гормоном, взаимодействуют в субмикроскопическом «танце», который быстро развивается внутри клетки по мере обучения, приводя к росту нейрона и созданию новых синапсов. Вскоре выяснился еще один замечательный факт: эта модель обучения применима ко всем животным. Например, мутация гена dunce у мухи дрозофилы (которая положила начало моей карьере, когда я прочитал о ней в 1976 году) оказалась кодом для фермента, который разрушает циклический АМФ[221]. Та же самая биохимическая система используется в вашей голове прямо сейчас. Не все вопросы биохимической основы памяти решены. Помимо нейромедиаторов, в синтезе и консолидации[222] (в синапсе человека можно найти более 5500 различных белков) участвуют и другие молекулы, но теперь мы в общих чертах понимаем, как создаются воспоминания [52].

* * *