В поисках памяти

Когда я перешел от изучения гиппокампа млекопитающих к исследованиям простых форм обучения у морского моллюска, я столкнулся с другой разновидностью негативных реакций на мою работу. Ученым, работавшим в то время с мозгом млекопитающих, было свойственно ярко выраженное ощущение, что нервная система млекопитающих сильно отличается от нервной системы более примитивных позвоночных, таких как рыбы или лягушки, и что она несопоставимо сложнее, чем нервная система беспозвоночных. Тот факт, что Ходжкин, Хаксли и Кац заложили фундамент для исследований нервной системы, работая с гигантским аксоном кальмара и нервно-мышечными синапсами лягушки, те «маммальные [36]шовинисты» рассматривали как исключение. Они готовы были признать, что все нервные клетки похожи, но были убеждены, что системы нейронных цепей и поведение у позвоночных и беспозвоночных принципиально отличаются друг от друга. Такая ересь пользовалась успехом, пока биология не начала получать свидетельства поразительного эволюционного консерватизма генов и белков.

Не утихали споры и о том, можно ли переносить на более сложные организмы какие-либо из результатов, полученных в ходе исследований простых животных и касающихся клеточных и молекулярных механизмов обучения и памяти. В частности, некоторые ученые спорили с тем, что сенсибилизация и привыкание представляют собой формы памяти, пригодные для ее изучения. Этологи, которые исследуют поведение животных в их естественной среде, давно подчеркивали важность и универсальность этих двух простых форм памяти. Но бихевиористы прежде всего отмечали ассоциативные формы поведения, такие как выработка классических и инструментальных условных рефлексов, которые явно сложнее, чем привыкание и сенсибилизация.

Эти споры были разрешены благодаря двум открытиям. Во-первых, Бензер доказал, что циклический АМФ, который, как мы выяснили, играет важную роль в кратковременной сенсибилизации у аплизии, необходим и для более сложных форм обучения более сложного животного, а именно для выработки классического условного рефлекса дрозофилы. Во-вторых, что еще важнее, оказалось, что регуляторный белок CREB, первоначально обнаруженный у аплизии, служит важным компонентом преобразования кратковременной памяти в долговременную, причем во многих формах обучения и у разных организмов, от моллюсков до мух, мышей и людей. Кроме того, стало ясно, что обучение и память, а также синаптическая и нейронная пластичность представляют семейство процессов, объединяемых общей логикой и некоторыми ключевыми компонентами, но отличающихся деталями молекулярного механизма.

Когда осела пыль, стало ясно, что в основном эти споры оказались полезны для науки: они помогли отчетливее сформулировать обсуждаемый вопрос и способствовали научному прогрессу. Для меня было важно именно это — ощущение того, что мы движемся в правильном направлении.

В каком направлении будет развиваться новая наука о психике в дальнейшем? В своих исследованиях работы памяти мы пока находимся лишь у подножия огромного хребта. Нам удалось в какой-то степени разобраться в клеточных и молекулярных механизмах формирования памяти, теперь нужно перейти к ее системным свойствам и задаться новыми вопросами. Какие нейронные цепи задействованы в разных формах памяти? Как внутренние представления о каком-то лице, месте, напеве или ощущении закодированы у нас в мозгу?

Чтобы преодолеть барьер, отделяющий нынешнее положение нашей науки от того, к которому мы стремимся, в методологии исследований мозга должны произойти серьезные концептуальные изменения. Одним из таких изменений будет переход от изучения элементарных процессов (то есть отдельных белков, отдельных генов и отдельных клеток) к исследованию системных свойств (механизмов, в которых задействованы многие белки, сложные нейронные системы, работа всего организма и групп организмов друг с другом). Клеточные и молекулярные подходы, несомненно, будут поставлять нам важную информацию и в дальнейшем, но сами по себе они не позволит раскрывать тайны механизмов внутреннего представления окружающего мира в нейронных цепях и их системах, то есть на главных уровнях организации, связывающих клеточную и молекулярную нейробиологию с когнитивной нейробиологией.

Для разработки подхода, который позволил бы связать сложные когнитивные функции с нейронными системами, нам придется перейти на уровень нейронных цепей, а также определить, как те или иные формы активности в различных нейронных цепях соединяются друг с другом, образуя единое связное представление. Для изучения механизма восприятия и извлечения из памяти сложных ощущений нам потребуется определить, как устроены нейронные сети и как внимание и осознание регулируют и перестраивают в них работу нейронов. Поэтому биологам придется сосредоточиться на исследованиях с людьми и другими приматами как наилучшими модельными объектами. Для этого нам понадобятся методы функциональной томографии, разрешение которых позволит отслеживать активность отдельных нейронов и нейронных сетей.