Ученые предложили новый взгляд на загадку памяти
Павел Милославович, наука уже много лет пытается разгадать, что такое память. Поставлено, наверное, десятки тысяч экспериментов, предложены различные гипотезы, но ответ так и не удалось найти. Ученые вынуждены признать: мы не знаем, что такое мозг, что такое память. Вы говорите о переосмыслении нынешних представлений о мозге. Что имеете в виду?
Павел Балабан: В основе этих представлений лежит практически постулат: главное действующее лицо в мозге - это нейроны. Так вот, сейчас оказывается, что это большое заблуждение.
Не на того ставили? Кто же фаворит, который выходит из тени?
Павел Балабан: Это так называемые глиальные клетки, или астроциты. Интересно, что их в мозге почти в 10 раз больше, чем нейронов, они главное население мозга, но их функции были почти неизвестны. Считалось, что астроциты что-то вторичное, этакая подсобка для прокорма нейронов. Однако последние эксперименты показали, что все ровно наоборот! Что ключевым участником при формировании памяти являются вовсе не нейроны, а астроциты.
Как это удалось увидеть?
Павел Балабан: Например, британские ученые в экспериментах на моллюсках наткнулись на странный эффект. Кратковременная память о событии переходила у них в долговременную не сразу. Тесты показали, что около часа после обучения память отсутствует. А для формирования полноценной памяти потребовалось 3-4 часа. Этот таинственный период поставил ученых в тупик: где она скрывалась все это время?
Почти одновременно мы проводили на улитках аналогичные опыты и увидели тот же феномен. Память после обучения куда-то пропадала, а потом неожиданно всплывала.
А как эти трюки с памятью вообще удалось зафиксировать? Расскажите подробнее об этих тонких экспериментах.
Павел Балабан: Вначале улиткам даем пищу, сочетая с нейтральным запахом. А потом только запах, и видим, что животное сразу начинает искать пищу. То есть у него сформировалась кратковременная память на тандем запах - пища. Вроде бы все, как и должно быть. Но мы продолжили опыт. Стали давать запах каждые десять минут, и вот тут начались сюрпризы. Улитки вообще перестали на него реагировать. И это молчание продолжалось около часа, а потом животные вдруг "проснулись". Как будто к ним вернулось воспоминание о запахе, и они вновь начинали искать пищу.
То есть кратковременная память только через несколько часов превратилась в долговременную? И где же она так долго скрывалась?
Павел Балабан: Как сейчас становится понятно, в тех самых глиальных клетках, астроцитах, на которые никто не обращал внимания. Становится понятно, что природа создала для формирования долговременной памяти довольно изощренный механизм. В общих чертах он работает примерно так. Сначала нейроны реагируют на те внешние стимулы, которые надо запомнить. Это может быть что угодно - запах, портрет человека, счет матча и т.д. При этом нейроны выделяют в окружающую среду специфические гормоны. Затем включается диффузия - гормоны проникают к соседям, в глиальные клетки. А те в ответ вырабатывают свои вещества и отправляют их обратно нейронам. Вот именно эта взаимная диффузия и занимает часы. В этот длительный интервал как раз и оценивается важность, надо или нет надолго запоминать запах, портрет или счет.
Кем оценивается? Вот я посмотрел на портрет Пушкина. Как я его запоминаю?
Павел Балабан: В том-то и дело, что здесь возможны варианты. Пушкин может как сохраниться в вашей памяти, так и промелькнуть мимо. Все зависит от того, насколько сильный след от образа Пушкина с момента, когда вы первый раз увидели, остался в ваших нейронах.
Но если есть след, значит, Пушкин уже впечатался навсегда?
Павел Балабан: Нет. Только следа недостаточно, что и показал эксперимент с улитками. Информация сохраняется в долговременной памяти только после прихода ответа от глиальных клеток. Говоря образно, этот интервал в часы дается мозгу, чтобы оценить, надо вам запоминать Пушкина или нет. Насколько важная для вас эта информация.
То есть след и ответ от астроцитов - это как два ключа, чтобы открыть сейф?
Павел Балабан: Так и есть. Сигнал от астроцитов не кодирует память, но без него сейф не откроете.
А зачем вообще такая сложная система? Ждать ответ от астроцита? Разве нельзя проще: нейрон отреагировал, запомнил - и образ запечатлен надолго.
Павел Балабан: Но тогда мозг будет запоминать все подряд. И хранилище быстро переполнится! А при работе по принципу "ключей к сейфу" идет отбор. Мусор отделяется! У мозга есть достаточно времени отобрать важное и отсеять второстепенное.
Итак, в сейфах долговременной памяти лежит самая разная, важная для каждого из нас информация. Но почему мы часто ее забываем? Человек учил географию, но не помнит, к примеру, что Брюссель - это столица Бельгии!
Павел Балабан: Может, для него эта информация была не важна, и нужные гормоны в нейронах не выработались для образования следа. Но в памяти остаются сенсорные образы. Если человеку показать сотни столиц, то, увидев Брюссель, он вспомнит, что вот это он уже где-то видел, но не может связать именно с Бельгией. Между ними в его мозгу нет связи. Но мы уже знаем, как ее можно восстановить. При слове "Брюссель" в памяти будет выскакивать Бельгия.
Вернуть память? Сделать двоечника отличником? Неужели такое вообще возможно?
Павел Балабан: Возможно. Попробую объяснить в самых общих чертах. Придется обратиться к генетике. Как я говорил, при формировании памяти астроциты посылают в нейрон ответные сигналы. Так вот они регулируют активность генов именно тех нейронов, которые связаны с долговременной памятью. В этом и есть суть механизма ее формирования. То есть память напрямую связана с работой генов.
Но тогда это действительно прорыв! Сегодня изменение активности генов - это мировой тренд. Значит, с помощью такой технологии можно и память восстанавливать?
Павел Балабан: Совершенно верно. Что мы продемонстрировали, сделав нашим улиткам-"двоечникам" укол специального препарата. У них полностью восстановилась память.
Как с помощью этих знаний помочь человеку?
Павел Балабан: Во-первых, надо подчеркнуть, что на наших глазах происходит смена парадигмы. Можно с полной уверенностью утверждать: основное "население" мозга уже не нейроны, а астроциты. Именно они играют решающую роль в формировании долговременной памяти. А это кардинально меняет весь подход к борьбе с когнитивными болезнями, в том числе с Альцгеймером, деменциями и многими другими. Если раньше главной мишенью исследований были нейроны, то теперь это должны стать глиальные клетки, астроциты. Нам понятно, где искать, куда идти. А это в науке самое главное.
Смена парадигмы - это революция в науке. Как отреагировали на эту работу ваши коллеги? История показывает, что вначале на революционные идеи, а тем более смену парадигм обрушивается лавина критики. Нужно много времени, чтобы научное сообщество приняло новый взгляд. Вы уже получили свою порцию?
Павел Балабан: Это самая свежая работа, статью мы только готовим к публикации. Так что вся дискуссия еще впереди.