Тайны памяти (с иллюстрациями)

Вероятно, именно этот принцип, ставший стимулом для создания многих оригинальных теорий, побудил Галамбоса поставить физиологию мозга с ног на голову, произвести революцию, сделав хозяевами слуг, а бывших хозяев – слугами. Иными словами, американский профессор творческую роль отдал глии, а за нервными клетками оставил лишь функцию обеспечения взаимосвязи. Ученый утверждал, что восприятие внешнего мира, образование условных рефлексов, память – все основные функции мозга связаны не с нейронами, а с теми бесчисленными клетками, которые, заполняют пространство между ними. Правда, эти представления не получили дальнейшего развития в трудах ученого. Возможно, избрание в академию уничтожило стимул, и поэтому Галамбос отошел от поднятой им проблемы. К счастью, его усилия не пропали даром. Они вызвали интерес к глии, породили ряд новых теорий и исследований.

Активность системы нейрон – нейроглия постоянно ритмически колеблется, но глия всегда на полшага отстает от нейрона. Долго отдыхавший нейрон может под воздействием внешнего раздражения резко усилить свою активность, а окружающая глия будет еще некоторое время находиться в спокойном состоянии. К тому времени, когда глиальные клетки соберутся усилить свои обменные процессы, нервная клетка уже начинает успокаиваться.

Обменные реакции глии часто противоположны метаболизму нейрона. Так, если нервная клетка за час увеличивает запасы РНК (рибонуклеиновой кислоты) на 570 пикограмм (0,000 000 570 грамма), то в окружающей глии обнаруживается ее убыль на 55 пикограмм. А так как объем глии в 10 раз больше объема нейрона, умножим 55 на 10 и убедимся, что общее уменьшение РНК в глии составит 550 пикограмм. Вот откуда нейрон позаимствовал РНК. Нет, непохоже, что нейроны, идут на поводу у глии. Действуют они по собственной инициативе, совершенно не считаясь с глией, и, пользуясь своим положением, тянут из нее все, что им нужно. Хозяева, безусловно, нервные клетки. Как ни заманчиво пуститься в научные приключения по тропинке новой теории, однако придется вернуться к традиционным представлениям об интимных взаимоотношениях в центральной нервной системе.

Дубинушка

Представьте себе, что разумные существа, затерявшиеся где-то в глубинах туманности Андромеды, задались целью познакомиться с жизнью на планете Земля, имея для этого лишь прибор, способный, регистрировать электромагнитные колебания. Что узнают они о нас, людях?

Предположим, что с самых первых шагов им здорово повезет и приемная антенна окажется сфокусированной не на район Антарктиды, а на громоотвод Спасской башни Кремля. Смогут ли они, пользуясь только таким показателем, хоть что-нибудь узнать об успехах строительства социализма в нашей стране? Увы, ни о смене общественных формаций на нашей планете, ни о развитии многонационального искусства ее народов этим способом информацию получить нельзя.

Примерно в таком же положении находятся физиологи, регистрирующие электрическую активность мозга с поверхности черепа или вводя электрод в его глубины. Ученые это отлично понимают. Впрочем, регистрация электромагнитных колебаний кое-что дает. Понаблюдав за нами этак лет сто, жители Андромеды без труда узнали бы, что электромагнитная активность за этот период возросла в сотни раз. Пошарив своим индикатором по земному шарику, они нащупали бы «немые» зоны и области с высокой активностью. Заметили бы, что уровень ее периодически колеблется, волной распространяясь вдоль экватора с востока на запад. Кто скажет, что этого мало? Достаточный повод, чтобы открыть десяток специализированных исследовательских институтов для углубленного анализа и детализации полученных наблюдений.

Положение физиологов существенно не изменилось и когда возникла возможность записывать электрические разряды одной-единственной нервной клетки. Ведь экспериментатор чаще всего не знает, от какой клетки отводятся биопотенциалы и какую функцию она выполняет. Все же положение физиологов не совсем безнадежно. Они имеют известное представление о строении мозга и вооружены рефлекторной теорией его работы. Еще 30 лет назад академик М.Н. Ливанов ввел электроды в зрительную и слуховую области мозга кролика и стал сочетать ритмические вспышки света и звука. Ему удалось заметить, что после нескольких сочетаний слуховая область мозга стала отвечать электрическими реакциями на вспышки света. Ученый как бы выработал биоэлектрический условный рефлекс. С тех пор проделаны сотни экспериментов. Условный рефлекс – явление сложное. В его образовании принимает участие целый комплекс мозговых образований. Поэтому, изучая работу мозга, исследователям хотелось ввести в него как можно больше электродов, получить сведения от различных его отделов. Не было только приборов, способных одновременно регистрировать множество реакций. Когда же они появились, ученых ждало разочарование: увидеть какие-то закономерности в хаосе зубцов записи биотоков снова не удалось. Неудача не обескуражила ученых. К анализу записанных на бумаге кривых подключили разные анализаторы, умеющие подсчитывать частоту колебаний, а полученные результаты ввели для дальнейшей обработки в электронно-счетную машину.

Поначалу больших достижений не было. Однако лаборатория М.Н. Ливанова продолжала поиски. У кролика вырабатывался оборонительный условный рефлекс. В камере включался свет, а через несколько секунд животное получало удар электрического тока в одну из передних лап. Все это время от кроличьего мозга по 50 электродам отводились биотоки. В том числе из зрительной и двигательной областей, из того места, при раздражении которого передняя лапа начинала дергаться. Исследователи интересовались синхронностью работы мозга. Если вглядеться в электроэнцефалограмму (запись биоэлектрических реакций мозга), можно заметить, что часто многие ее линии очень похожи: зубчики то все вместе устремляются вверх, то, как по команде, поворачивают остриями вниз. Удивительное заключается в том, что биотоки нередко отводятся от весьма удаленных друг от друга областей мозга.

Какой смысл в синхронизованной деятельности мозга? Может быть, она свидетельствует о совместном труде его отделов над организацией какой-то определенной функции? Если эти предположения верны, тогда можно ожидать, что образование условного рефлекса будет сопровождаться синхронизацией электрических реакций в зрительной и двигательных зонах коры больших полушарий кролика.

Оказалось, что по мере выработки условного рефлекса между двигательным центром конечности и зрительной областью возникает синхронизация. Чем прочнее становится условный рефлекс, тем чаще возникает синхронизация. Однако нередко условный рефлекс бывает и в отсутствие синхронной деятельности этих областей мозга.

У исследователей могло возникнуть подозрение, что электроды недостаточно точно попали в области мозга, ответственные за осуществление условного рефлекса. Действительность оказалась сложнее. Во-первых, выяснилось, что важна только синхронизация одного из относительно медленных ритмических колебаний, так называемого тета-ритма, то есть электрических колебаний с частотой от 4 до 7 в секунду. Во-вторых, заметили, что для осуществления условного рефлекса на вспышку света мало одинаковой частоты ритма в зрительной и двигательной областях. Необходимо, чтобы эти ритмические колебания точно совпадали по фазе, то есть чтобы подъем кривой, достижение ею высшей точки и последующее падение в обеих областях мозга совершались строго одновременно.

Дальнейшие исследования подтвердили, что в начале выработки условного рефлекса, как только кролика сажали в камеру, в зрительных и двигательных областях усиливался тета-ритм, устанавливалась одинаковая его частота и начинала совпадать фаза колебаний электрических потенциалов. Позже, когда условный рефлекс упрочивался, совпадение фаз электрических колебаний возникало только в момент действия условного раздражителя. А что, если теперь вспышку света не сопровождать током? Очень просто, он постепенно перестанет вызывать перестройку ритмов, совпадение их по фазе, и условный рефлекс угаснет.