Hvordan fungerer menneskets minne?

Til dags dato kan til og med svaret på det grunnleggende spørsmålet - hva som er minne i tid og rom - hovedsakelig bestå av hypoteser og antagelser. Hvis vi snakker om plass, er det fremdeles ikke veldig tydelig hvordan hukommelsen er organisert og hvor nøyaktig det ligger i hjernen. Disse vitenskapene antyder at dens elementer er til stede overalt, i hvert av områdene i vår "grå materie". Dessuten, det ser ut til, kan informasjon registreres i minnet forskjellige steder.

For eksempel ble det funnet at romlig hukommelse (når vi husker et bestemt først sett miljø - et rom, en gate, et landskap) er assosiert med en region i hjernen som kalles hippocampus. Når vi prøver å få denne situasjonen fra minnet, si ti år senere, vil dette minnet allerede bli trukket ut fra et helt annet område. Ja, hukommelse kan bevege seg inne i hjernen, og det beste av alt denne oppgaven illustrerer et eksperiment som en gang ble gjort med kyllinger. I livet til nyklekte kyllinger spiller avtrykk en viktig rolle - øyeblikkelig trening (og plassering i minnet er trening). For eksempel ser en kylling et stort objekt i bevegelse og "avtrykkes" umiddelbart i hjernen: det er en mor-kylling, du må følge henne. Men hvis den delen av hjernen som er ansvarlig for avtrykk, etter fem dager fjernes fra kyllingen, viser det seg at ... den memoriserte ferdigheten ikke har forsvunnet. Den har flyttet til et annet område, og dette beviser at det er ett lager for umiddelbare læringsresultater, og et annet for langtidslagring.

Vi husker med glede

Men enda mer overraskende er det ikke en så klar sekvens av å flytte minne fra operasjonelt til konstant, som skjer på en datamaskin, i hjernen. Arbeidsminnet, som fikser de umiddelbare sensasjonene, lanserer samtidig andre minnemekanismer - mellomlang og lang sikt. Men hjernen er et energikrevende system og prøver derfor å optimalisere utgiftene til ressursene, inkludert minne. Derfor skapte naturen et flertrinnssystem. Arbeidsminnet blir raskt dannet og kollapser like raskt - det er en spesiell mekanisme for dette. Men virkelig viktige hendelser blir spilt inn for langtidslagring, deres viktighet understrekes av følelser, holdning til informasjon. På fysiologisk nivå er følelser inkludering av de kraftigste biokjemiske moduleringssystemene. Disse systemene avgir hormonformidlere som endrer biokjemien til minne i riktig retning. Blant dem er for eksempel forskjellige hormoner av nytelse, hvis navn ikke minner så mye om nevrofysiologi som i kriminell kronikk: dette er morfiner, opioider, cannabinoider - det vil si narkotiske stoffer som produseres av kroppen vår. Spesielt genereres endocannabinoider direkte ved synapsen - kontaktene til nerveceller. De påvirker effektiviteten til disse kontaktene og "oppmuntrer" til innspillingen av en eller annen informasjon i minnet. Andre stoffer fra antall hormonformidlere kan tvert imot undertrykke prosessen med å flytte data fra arbeidsminne til lang sikt.

Mekanismene for emosjonell, det vil si biokjemisk forsterkning av hukommelsen, studeres nå aktivt. Det eneste problemet er at laboratorieundersøkelser av denne typen bare kan utføres på dyr, men hvor mye kan en laboratorierotte fortelle oss om følelsene sine?

Hvis vi har lagret noe i minnet, kommer noen ganger tiden til å huske denne informasjonen, det vil si å hente den ut av minnet. Men er ordet "utdrag" riktig? Tilsynelatende, egentlig ikke. Det ser ut til at minnemekanismene ikke henter ut informasjon, men genererer den på nytt. Det er ingen informasjon i disse mekanismene, akkurat som det ikke er tale eller musikk i maskinvaren til en radiomottaker. Men alt er klart med mottakeren - den behandler og konverterer det elektromagnetiske signalet som er mottatt ved antennen. Hva slags "signal" som behandles når du trekker ut minne, hvor og hvordan disse dataene er lagret, er fremdeles veldig vanskelig å si. Imidlertid er det nå kjent at når det blir hentet inn, blir minnet skrevet om, endret, eller i det minste skjer dette med noen typer minne.

Ikke strøm, men kjemi

På jakt etter et svar på spørsmålet om hvordan det er mulig å modifisere eller til og med slette minne, har det blitt gjort viktige funn de siste årene, og en rekke arbeider som er viet til ”minnemolekylet” har dukket opp.

Faktisk har et slikt molekyl, eller i det minste noen materiell bærer av tanker og minne, blitt prøvd i to hundre år, men alt uten stor suksess. Til slutt kom nevrofysiologer til den konklusjon at det ikke er noe som er spesifikt for hukommelse i hjernen: det er 100 milliarder nevroner, det er 10 firesidige forbindelser mellom dem og et annet sted, i denne kosmiske skalaen i nettverket, er minne, tanker og atferd enhetlig kodet. Det ble gjort forsøk på å blokkere visse kjemikalier i hjernen, og dette førte til en hukommelsesendring, men også til en endring i hele kroppen. Og først i 2006 dukket de første verkene om det biokjemiske systemet opp, som ser ut til å være veldig spesifikke for minnet. Blokkeringen hennes forårsaket ingen endringer i verken atferd eller læringsevne - bare tapet av deler av hukommelsen. For eksempel minnet om situasjonen hvis blokkeringen ble introdusert i hippocampus. Eller følelsesmessig sjokk hvis blokkeringen ble injisert i amygdala. Det påviste biokjemiske systemet er et protein, et enzym kalt M-zeta proteinkinase, som kontrollerer andre proteiner.

Et av hovedproblemene ved nevrofysiologi er manglende evne til å utføre eksperimenter på mennesker. Imidlertid, selv hos primitive dyr, er de grunnleggende mekanismene i minnet lik vår.

Molekylet fungerer på stedet for synaptisk kontakt - kontakten mellom hjerneneuroner. Her må vi gjøre en viktig digresjon og forklare detaljene i disse kontaktene. Hjernen blir ofte sammenlignet med en datamaskin, og derfor tror mange at forbindelsene mellom nevronene som skaper alt vi kaller tenking og minne, er rent elektriske. Men dette er ikke slik. Språket i synapser er kjemi, her samhandler noen isolerte molekyler, som en nøkkel med en lås, med andre molekyler (reseptorer), og først da begynner elektriske prosesser. Hvor mange spesifikke reseptorer som vil bli levert gjennom nervecellen til kontaktstedet, avhenger effektiviteten, den høye gjennomstrømningen av synapsen.

Spesialitetsprotein

Proteinkinasen M-zeta kontrollerer presis levering av reseptorer ved synapsen og øker dermed dens effektivitet. Når disse molekylene kommer i drift samtidig i titusenvis av synapser, skjer signalveiledning, og de generelle egenskapene til et bestemt nettverk av nevroner endres. Alt dette forteller oss ikke så mye om hvordan hukommelsesendringer blir kodet i denne omdirigering, men en ting er sikkert: hvis M-zeta-proteinkinasen blir blokkert, vil minnet bli slettet, fordi de kjemiske bindingene som gir det ikke vil fungere. Det nyoppdagede hukommelsesmolekylet har en rekke interessante funksjoner.

For det første er den i stand til selvreproduksjon. Hvis det som et resultat av trening (dvs. å skaffe ny informasjon) ble dannet et visst tilsetningsstoff i synapsen i form av en viss mengde M-zeta proteinkinase, kan denne mengden forbli der i veldig lang tid, til tross for at dette proteinmolekylet brytes ned på tre til fire dager. På en eller annen måte mobiliserer molekylet ressursene i cellen og sikrer syntese og levering av nye molekyler til stedet for synaptisk kontakt for å erstatte de pensjonerte.

For det andre er et interessant trekk ved M-zeta-proteinkinasen dets blokkering. Da forskerne trengte å skaffe seg et stoff for eksperimenter for å blokkere ”molekylet” i hukommelsen, “leste” de ganske enkelt en del av genet der dens egen peptidblokkering ble kodet og syntetisert. Imidlertid produseres denne blokkeringen aldri av selve cellen, og med hvilket formål evolusjonen som etterlot sin kode i genomet er uklart.

Det tredje viktige trekket ved molekylet er at både det og dets blokkering er nesten identisk med utseendet til alle levende ting med nervesystemet. Dette antyder at i møte med M-zeta-proteinkinasen har vi å gjøre med den eldste adaptive mekanismen, som også menneskets hukommelse er bygget på.

Naturligvis er M-zeta-proteinkinasen ikke et "minnemolekyl" i den forstand forskere fra fortiden håpet å finne det. Det er ikke en materiell bærer av lagret informasjon, men fungerer tydeligvis som en nøkkelregulator for effektiviteten av forbindelser i hjernen, og starter initiativet til nye konfigurasjoner som et resultat av læring.

Ta kontakt

Nå er eksperimenter med M-zeta-proteinkinase-blokkering på en måte arten av å "skyte mot firkanter." Stoffet blir introdusert i visse deler av hjernen til forsøksdyr ved hjelp av en veldig tynn nål og slår dermed av minnet umiddelbart i store funksjonelle blokker. Blokkeringens penetrasjonsgrenser er ikke alltid tydelige, så vel som konsentrasjonen i området som er valgt som mål. Som et resultat gir langt fra alle eksperimenter i dette området entydige resultater.

En ekte forståelse av prosessene som oppstår i minnet kan oppnås ved å jobbe på nivå med individuelle synapser, men dette krever målrettet levering av blokkeringen til kontakten mellom nevroner. I dag er dette umulig, men siden en slik oppgave står overfor vitenskapen, vil før eller siden vises verktøy for å løse den. Spesielle forhåpninger er lagt til optogenetikk. Det er fastslått at en celle hvor evnen til å syntetisere et fotosensitivt protein er integrert ved genteknologi kan kontrolleres ved bruk av en laserstråle. Og hvis slike manipulasjoner på nivå med levende organismer ennå ikke er blitt utført, gjøres allerede noe lignende på grunnlag av dyrkede cellekulturer, og resultatene er veldig imponerende.

Forfatteren er doktor i biologiske vitenskaper, tilsvarende medlem av det russiske vitenskapsakademiet, professor, direktør for Institutt for vitenskapelige og politiske vitenskaper

Artikkelen “Chemical Key of Memory” ble publisert i tidsskriftet Popular Mechanics (nr. 4, april 2013).

Anbefalt

Hva er en person, eller hvor mye er kroppen din?
2019
To levedyktige nordlige hvite neshornembryoer oppnådd
2019
Slangegift: hvordan de fungerer og om det er mulig å bli frelst
2019