Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Эксперименты на животных и имплантация электродов как ученые изучали память

Более 100 лет изучения памяти можно разделить на четыре основных этапа. И если на первом из них ученые запоминали не имеющие смысла слоги и исподтишка кололи пациентов булавкой, то сейчас активируют нейроны с помощью света. Вместе с нейрофизиологом Ольгой Сварник мы составилиэкскурс в историю изучения памяти и дали аккуратный прогноз, как будет развиваться это направление в ближайшие годы.Первый шаг: поведенческий уровеньСколько-нибудь серьезное изучение памяти начинается в конце XIX века, когда ученые исследовали этот феномен на уровне поведения. В качестве первого специалиста принято вспоминать немецкого психолога Германа Эббингауза, который хотел посмотреть работучистой памяти. Для этого он использовал бессмысленные слоги, состоящие из двух согласных и гласной между ними,такие как бов, гис, лоч.
Затем ученый пытался запоминать слоги, которые не имеют смысла, чтобы памяти не было за что зацепиться. Эббингауз выяснил следующее:большую часть слогов забывает сразу, но если что-то остается, то он помнит эту бессмыслицу в течение длительного срока. Результаты своих экспериментов психолог изложил в книге О памяти, вышедшей в 1885 году, аего ключевое достижение кривая забывания: через час человек забывает до 60% полученной информации, через 10 часов помнит лишь 35%, а через месяц в памяти остается 20% выученных слогов.
Далее была серия исследований Георга Мюллера и его ученика Альфонса Пильцекера, опубликованная в 1900 году. Немецкие психологи вдохновились работами Германа Эббинггауза и использовали его бессмысленные слоги в собственных исследованиях. Ученые хотели доказать, что воспоминания не формируются мгновенно во время обучения и памяти требуется время, чтобы закрепить полученные данные.На основе 40 экспериментов, проведенных между 1892 и 1900 годами, психологи ввели такое понятие, как консолидацияпамяти, когда данные перемещаютсяиз кратковременной памяти в долговременную. По их данным, этот процесс занимает не менее 10 минут, а дополнительная умственная деятельность в это время снижает качество запоминания. Следовательно, сделали вывод ученые, память формируется [1] не только во время, но и сразу после окончания обучения чтобы перейти в стабильное состояние, ей необходимо утвердитьсяили консолидироваться.Примерно в те же годы стали популярны эксперименты швейцарского психолога Эдуарда Клапареда. В 1911 году он незаметно колол иголкой руки своей пациентке, страдавшей расстройством кратковременной памяти. Через несколько дней больная перестала подавать Клапареду руку, при этом она не помнила, что они были знакомы с ученым или здоровались.В 1932 году свет увидела книга Воспоминание. Ее автор, британский профессор психологии Фредерик Бартлетт, утверждал, что одна из причин забывания информации это постоянное обновление данных. В качестве эксперимента он просил своих студентов запомнить небольшой текст или необычный рисунок, а затем в течение некоторого времени ежедневно просил их воспроизвести первоначальное произведение. И если испытуемые ежедневно проделывали это, то уже через несколько недель их рассказ или рисунок был совершенно непохож на оригинал. В 1990-е годы этот процесс назвали реконсолидациейпамяти:важно не сколько времени прошло, асколько раз человек мысленно обратился к воспоминанию, ичем больше было таких обращений, тем нижевероятность, что воспоминание соответствует объективной реальности.Второй шаг: грубое изучение мозгаПоведенческие исследования памяти не были направлены на изучение процессов в мозге, однако параллельно другие ученые сосредоточились именно на этом органе. Тогда же два физиолога,российский и американский, создали своего рода полярные школы: от абсолютно узкого локализационизма, когда, по мнению ученого, конкретная память хранится в конкретном месте, до противоположного понимания, что якобы отдельный участок коры головного мозга ни за что не отвечает.Одним из первых был российский физиолог Иван Павлов, предложивший в начале ХХ века метод изучения условных рефлексов, благодаря которому удалось проследить основные физиологические механизмы образования и закрепления новых связей в памяти подопытных животных. Ученые до известных экспериментов Павлова на собакахне связывали в единую систему слуховой центр и центр, запускающий слюноотделение. Российский физиолог первым пришел к идее центров и к тому, что есть пути передачи информации, связывающие эти центры.Практически параллельно американец Карл Лешли проводил свои эксперименты, после которых пришел к выводу, что кора головного мозга эквипотенциальна, то есть равноценна, в выработке навыков и решении интеллектуальных задач. Психолог ставил эксперименты на крысах и обнаружил, что если вынуть у них кусок мозга, то животные могут продолжать нормально функционировать. Лешлипришел к выводу, что все части коры равны и никаких специальных мест, где локализуется конкретная память, не существует.Истина, как это часто бывает, оказалась где-то посередине. В 1934 году немецкий психолог Карл Клейст опубликовал так называемые карты мозга: осмотрев огромное количество ранений, полученных участниками Первой мировой войны, психолог разметил кору больших полушарий по различным функциям. Среди участков были такие, как схема тела, понимание фраз, конструктивные действияили настроение.
В дальнейшем эти идеи развивал советский психолог Александр Лурия, изучавший ранения, полученные во время Второй мировой войны. На основе собранных данных он сформулировал мысль [2], что: высшие психические функции как сложные функциональные системы не могут быть локализованы в узких зонах мозговой коры или в изолированных клеточных группах, а должны охватывать сложные системы совместно работающих зон. По мнению ученого, каждая из этих зон вносит свой вклад в сложные психические процессы, при этом зоны могут располагаться в разных участках мозга, порой находящихся далеко друг от друга.Третий шаг: нейронная эраАлександр Лурия, Иван Павлов, Карл Клейст все ученые из предыдущего блока изучали мозг по одинаковому принципу: попытка понять, где хранится в мозге та или иная информация, а затем с помощью разрушения тех или иных частей посмотреть, какие центры за что отвечают. Когда появилась возможность имплантировать электроды в мозг человека или животного и следить за отдельными нейронами, психологи и нейрохирурги стали работать гораздо тоньше.Одним из первопроходцев нового подхода принято считать канадца Уайлдера Пенфилда. Пенфилд ставил свои опыты в 1950-х годах: имплантировал электроды в мозг пациентам во время операций, стимулировал различные нейроны и наблюдал за реакцией например, если от слабого электрического импульса двигались пальцы или дергался глаз. В результате своих опытов нейрохирург составил гомункулус, своего рода карту, на которой части тела пропорциональны зонам мозга.В начале 1960-х годов американский биохимик Луис Флекснер выяснил, что препараты, подавляющие синтез белков в мозге, нарушают работу долговременной памяти, но практически никак не сказываются на кратковременной. Он вместе с коллегами вводил крысам вещества, ингибирующие синтез белков, после чего у грызунов перестали формироваться воспоминания. Флекснер пришел к выводу, что если мы хотим сохранить долговременную память, необходимо, чтобы мозг синтезировал белки.В 1960-х годах, появилась возможность регистрировать нейроны животных и в 1976 году американец Джон ОКиф опубликовал свою работу [3], в которой электрод был помещен в гиппокамп крысы. Ученый располагал в лабиринте игрушечного крокодильчика, затем запускал туда крысу и регистрировал активность нейронов. Так ОКиф отследил нейрон, который активировался только при виде крокодильчика. По словам ученого эти результаты можно интерпретировать, как подтверждение его же теории о том, что гиппокамп отвечает за когнитивные функции. Помимо этого невролог доказал, что существуют нейроны места, то есть животные всё пространство по смыслу делят на разные места. В 2014 году Джон ОКиф получил Нобелевскую премию по медицине.В целом 1970-е годы можно считать расцветом нейронной эры. Техническая возможность регистрировать нейронную активность в процессе свободного поведения позволило наблюдать за специализациями нейронов в реальном времени. Но на подходе уже были новые методы, которые развивали идеи Флекснера использование биохимии.Четвертый шаг: биохимические исследованияДальше тоньше, в 1980-е годы ученые взялись за биохимические исследования, благодаря которым они стали понимать, какие изменения происходят внутри нейронов. Например, с помощью радиоактивной глюкозы выяснили, что мозг потребляет много глюкозы, когда что-то запоминает.
Как уже было сказано, синтез белков и матричной РНК необходимое условие формирования памяти. А в конце 1980-х годов практически одновременно в нескольких точках возникло понимание, что нейроны меняют экспрессию своих генов, когда обучаются чему-то. То есть в сложившейся нейронной сети животного, обучавшегося новому знанию, нейроны меняют активность и запускают синтез новых белков. Если с помощью ранних генов, таких как c-Fos, нейрон сделал белок FOS, значит этот нейрон только что сформировал новую память.Интересный момент про ранние гены Fos c-fos изменение экспрессии генов в нейронах при формировании памяти активнее всего идет в течение первого часа. Через полчаса после обучения появляется первый белок и затем полтора часа идет максимум белкового синтеза. Кстати, один из ключевых российских специалистов по вопросам памяти Константин Анохин в 1992 году защитил докторскую диссертацию [4] по теме Ранние гены в механизмах обучения и памяти.Наше время: развитие имеющихся подходовВ ХХI веке ученые последовательно развивают три из четырех имеющихся направлений изучения памяти. Поведенческий уровень в 1997 году обзавелся тем самым термином реконсолидации, развивая наработки Бартлетта 1930-х годов. Ученые выяснили, что каждый раз, когда память возвращает к жизни определенные воспоминания, нейронная группа входит в нестабильное состояние, активируется производство белка и это воспоминание перезаписывается. И психологи пришли к выводу, что что стереть давно сложившуюся память можно с помощью определенного блокатора синтеза белков.Нейронный подход также продолжают развивать до сих пор. Например, британские ученые выяснили, что овцы могут менять специализацию нейронов относительно собственного ягненка. Если у овцы никогда не было ягнят, они смотрят, максимум нейронов в ее мозге связано с запахами еды. Но после рождения ягненка большая часть нейронов перепрофилируются и теперь в активном состоянии находятся те, что связаны с запахом собственного ягненка. То есть память может формировать нейронную специализацию в зависимости от ситуации.В2005 году в этом направлении появился такой подход [5], как оптогенетика генетический метод активации или ингибирования отдельных нейронов с помощью света. Например, нейроны могут быть активированы с помощью синего света. Этот метод позволяет ученым контролировать активность различных типов клеток с высокой точностью.Оптогенетика дала мощный стимул современному изучению памяти всю вторую половину нулевых и начало десятых годов большая часть научных специалистов, занимавшихся этим вопросом, использовали оптогенетику. Освещая мозг, можно вызывать к жизни активность именно той нейронной группы, которая связана с определенным видом памяти, то есть вызывать к жизни ту память или воспоминание, которое сейчас необходимо. И это последний штрих того, что сейчас ученые делают с человеческой памятью.Что читать и смотреть по теме:Yadin Dudai.Memory from A to Z: Keywords, Concepts, and Beyond.Oxford University Press, 2004Роуз Стивен.Устройство памяти. От молекул к сознанию. Издательство Мир, 1995Видеокурс Сознание и мозг: Последний рубеж, Константин АнохинВиодеолекции Константина Анохина
Источник: postnauka.ru
К списку статей
Опубликовано: 11.01.2022 20:01:12
0

Сейчас читают

Комментариев (0)
Имя
Электронная почта

Общее

Категории

Последние комментарии

© 2006-2022, umnikizdes.ru