Синапсы и обучение
Синапсы и обучение
Существует и еще одна причина возможного появления амилоидопротеинов.
Уже с самого начала биохимического и молекулярнобиологического изучения процессов отложения амилоидо-протеина предполагалось, что само ?-складывание протеиновой молекулы является причиной его образования.
Но прежде чем сложенные в ?-структуру области амилоид-А4-протеина начнут склеиваться между собой, они должны быть вырезаны из молекул АРР. Для того чтобы этот процесс более наглядно представить и понять, молекулы предшественника амилоида были интенсивно изучены во многих лабораториях мира.
В природе АРР широко распространен как белок, который сохранился в процессе эволюции и присутствует почти у всех позвоночных животных и в клетках различных органов человека. В клетках мозга он встречается в 10 раз чаще, чем в клетках других органов. Спустя почти 15 лет со дня открытия АРР биохимики еще не знают его главного назначения в организме. Они знают только, что АРР — это мембранопротеин и что он ликвидирует нарушения нормальных процессов в клетках.
Но поведение АРР не совпадает с тем, чего ожидают от него биохимики. То, чего у других мембрано-протеинов не наблюдается, происходит у АРР. Предшественник амилоидного протеина находится одной своей частью в мембране клетки не только как рецептор, а что интересно, он может «путешествовать» внутри нервной клетки и уже оттуда пускаться в еще более дальнее путешествие по ее ответвлениям из т. н. области приема нервных сигналов в область передачи сигналов.
При этом амилоидопротеин, одной своей частью находящийся в мембране, вырезается с помощью секретазы мембраны. Этому содействует белок пресенилин.
Как оказалось, все мутации в генах пресенилина мешают нормальному протеканию процесса вырезания. Они влияют на секретазы таким образом, что АРР не может быть разрезан на нужных местах, из-за чего количество возникающего амилоидопротеина значительно увеличивается.
«Процесс вырезания является вполне нормальным процессом, при котором в нашем мозге ежедневно производится амилоид. Однако он хранит в себе «бомбу замедленного действия», и минимальный сбой в этом процессе может привести к катастрофе», — говорит исследователь БА Кристиан Хаас из Института Адольфа Бутенанда Мюнхенского университета.
Тем самым дефекты генов вывели ученых прямо на механизмы, лежащие в основе возникновения БА.
Необычное поведение предшественника амилоидопротеиновой молекулы привело Бейройтера к уже давно созревавшему в нем предположению, что АРР как-то связан с процессом обучения. В 1987 году он сообщил об этом по телефону своему австралийскому коллеге Колину Мастерсу. В ответ он услышал: «Я так не думаю, но пока ты всегда был прав. Посмотрим!»
С того времени прошло более двух десятков лет.
Сегодня ученые уже знают, что умственное разрушение больных БА происходит из-за потери контактов между нервными клетками, точнее между их окончаниями, или синапсами, а не из-за потери нервных клеток. В начальной стадии болезни нервные клетки хотя и сильно ослаблены, но не умерщвлены.
Только количество синапсов характеризует сложность человеческого мозга, его способность к восприятию окружения, процессу обучения, который начинается уже с момента рождения.
Чем больше ощущений испытывает младенец — видит, слышит, учит, — тем больше новых соединений возникает в мозге, реагируя на раздражения, и тем больше образуется синапсов. Но они опять будут разрушены, если не будут использованы в дальнейшем.
Мозг младенца располагает огромным количеством нервных клеток и контактов между ними, которые только того и ждут, чтобы ими воспользовались, с тем чтобы в процессе обучения новый житель Земли мог стать ее полноценным обитателем.
В своем автобиографическом произведении «Моя жизнь» Л. Толстой, как всегда, стремясь к предельным задачам, погружаясь в колодец памяти до самого дна, вспоминает: «Когда же я начался? Когда начал жить?…Разве я не жил тогда, эти первые года, когда учился смотреть, слушать, понимать, говорить, спал, сосал грудь и целовал грудь, и смеялся, и радовал мою мать? Я жил, и блаженно жил. Разве не тогда я обретал все то, чем я теперь живу, и приобретал так много, так быстро, что во всю остальную жизнь я не приобрел и одной сотой того. От пятилетнего ребенка до меня только шаг. А от новорожденного до пятилетнего — страшное расстояние. От зародыша до новорожденного — пучина. А от несуществования до зародыша отделяет уже не пучина, а непостижимость».
Можно процитировать изречение ученого-биолога А. Портмана о том, что человек, в отличие от млекопитающих, появляется на свет слишком рано. Он живет целый год, как бы после укороченной беременности, вне матки. Этим ранним появлением на свет природа дает возможность новому обитателю нашего мира из беспомощного ребенка превратиться в его полноправного члена.
Еще глубже этого вопроса касается Нобелевский лауреат Эрик Кандел, который замечает: «Существуют две точки зрения. Первая — Фрейдовская: все пережитые события остаются зафиксированными в памяти. Переживания первых лет жизни, впрочем, в подсознании. Утверждение Фрейда о том, что множество процессов в мозге проходит на подсознательном уровне, является действительно фантастическим предсказанием. Теперь уже известно, что из всей накопленной нами информации большая часть остается неосознанной. Впрочем, наша непроизвольная память не имеет ничего общего с сексуальным поведением.
С точки зрения большинства биологов, мозг младенца еще не готов к тому, чтобы фиксировать переживания.
Истина находится, возможно, где-то посередине».
На вопрос журналиста «сохранились ли в вашем мозге воспоминания первого года жизни» Э. Кандел ответил: «Предполагаю, что да. Причем я не имею в виду ту форму нашей эпизодической памяти, которая позволяет связать пережитое в его исторической последовательности.
Из всей накопленной нами информации большая часть остается неосознанной.
Способностью помнить обладают и животные, и разница в процессах памяти у человека и животного менее значительна, чем принято думать. Как установлено, молекулярные процессы, происходящие в мозге примитивных живых существ, имеют место и у человека. Человек обладает, конечно, дополнительными механизмами, по сравнению с улиткой. Тем не менее одним из удивительнейших открытий является широта распространения основных принципов процесса памяти. Протеины, ответственные за механизмы памяти, обнаружены уже у дрожжевых бактерий, хотя там они выполняют совсем другие функции. Эволюция не теряет генетическую информацию, она лишь меняет формы живых существ, используя молекулы, утвердившие себя как полезные, вновь и вновь.
Ключ к возникновению памяти лежит в том, что связи между нервными клетками являются пластичными — они могут изменяться под влиянием накопленного опыта. Итак, путь приобретения и формирования опыта изменяет наш мозг. Это, в свою очередь, означает, что каждый индивидуум с анатомической точки зрения имеет единственный в своем роде мозг, специфичность которого обусловлена собственным опытом и переживаниями».
На пути, который предстоит пройти каждому, начиная с младенчества, необходимо будет освоить законы мышления и руководствоваться ими, пользуясь при этом тремя возможностями:
• думать в словах;
• думать без слов;
• совмещать обе возможности.
Для возникновения осознанного переживания, осмысления происходящего или прошлого, как удалось установить, ответственен не мозг целиком и не определенные его области, а изменяемые группы нейронов — так называемые таламокортикальные системы. Они распределены по обширным областям мозга, взаимодействуют друг с другом и обнаруживают при этом постоянно меняющуюся, высокодифференцированную активность при реализации различных образцов этой активности, связывая их в то же время в одну общую систему.
В мозге человека происходит интенсивный коммуникационный процесс. Около 100 млрд нервных клеток обмениваются там информацией. Так мы знаем, что нервные импульсы поступают в мозг по 2,5 млн нервных волокон, а 1,5 млн других участвуют в выводе переработанной мозгом информации. В секунду каждое такое нервное волокно может передавать в мозг до 300 импульсов, и даже если в мозг не поступает импульс, мозг все равно получает информацию — о наличии, например, тишины или темноты.
Если обозначить импульсы единицей, а их отсутствие нулем, то мощность мозга будет равна 2 500 000 х 300 бит в секунду, что соответствует, с учетом разного рода потерь, почти 100 Мб.
Задача мозга состоит в том, чтобы этот поток входящей мощности перевести в поток исходящий, мощностью до 60 Мбит в секунду. Этот сигнал поступает к мускулам, железам, органам, выполняющим важные функции жизнедеятельности, и это происходит почти мгновенно.
Например нейропсихолог из Лейпцига Ангела Фридеричи различает три определяющие фазы процесса восприятия и понимания речи, что характеризует реакцию мозговых структур на звук. В первые 200 милисекунд мозг анализирует грамматическую структуру предложения. Для этого ему не требуется много времени, так как подобная тысячи раз повторенная информация сохранена на «жестком диске» мозга. Скорость определения внутреннего лексикона намного медленнее — только во второй фазе, длящейся еще 200–400 мс, мозг анализирует значение слов. В третьей фазе — в следующие 600 мс — мозг соотносит построение предложения и значение слов между собой. Если система обнаруживает ошибку, весь процесс повторяется сначала.
Является ли эта высокоразвитая система анализа исключительным свойством человеческого мозга? «Синтаксис и грамматика являются продуктом человеческого сознания, и именно они фиксируется в нейронах, — считает А. Фридеричи. — А отдельные слова могут выучить даже попугаи».
Является ли грамматика речи врожденным свойством человеческого мозга, как считают некоторые? «Сама грамматика — нет, но способность ее освоить — очевидно», — говорит исследовательница, изучающая этот процесс. У маленьких детей она не смогла установить такую быструю, 200-милисекундную реакцию — ответный сигнал мозга наступает лишь через 300–350 мс.
Она объясняет это тем, что, хотя дети и используют для обработки речи те же ареалы мозга, что и взрослые, этот процесс у них еще не так высоко автоматизирован.
Если, например, лев готовится прыгнуть на нас слева, мы должны, опередив его, бежать вправо. Иначе мы превратимся в его добычу.
Наши предки перерабатывали поступающую информацию с максимальной быстротой. Совсем недавно было установлено, что мозг обладает специальной схемой восприятия, которая обеспечивает ему возможность столь быстрого реагирования. Раздражения, сообщающие нам об опасности, быстро передаются в миндалевидное ядро мозга, где они и перерабатываются в чувство страха, ужаса и другие соответствующие реакции, такие, например, как повышение пульса и давления, усиление напряжения в мускулах и т. д.
В противоположность этому существует так называемая система вознаграждения, которая откликается на внешние раздражения только тогда, когда они положительно отличаются от раздражений, вызывающих обычные чувства. Эта система наделяет нас способностью оценки и значения всего множества сигналов и импульсов повседневной жизни. И лишь совсем недавно установлено, что эта система отвечает только на те раздражения, которые сигнализируют немедленное или более позднее вознаграждение.
Нейроны мозга во фронтальной части мозга образуют различные сигнальные вещества — и среди них допамин, поступающий непосредственно в ядро аккамбенс (nucleus accumbens), где сигнал допамина превращается в сигнал опиоида, который затем снова попадает во фронтальную часть мозга.
Различные составляющие этой системы были впервые открыты у человека посредством создания и передачи изображений внутренних структур мозга на экран.
Для того чтобы получить успешные результаты тогдашними методами, ученым пришлось преодолеть массу трудностей и применить множество уловок. Например, людям, зависимым от кокаина, находящимся в стадии отвыкания, раньше инъецировали кокаин или раствор поваренной соли, с тем чтобы определить различия активности мозга. Было установлено, что кокаин, кроме всего прочего, активирует важный участок «включения» системы вознаграждения — nucleus accumbens. Со временем методы исследования мозга стали более точными, тонкими и чувствительными. Теперь можно и без применения кокаина активировать систему вознаграждения посредством кусочка шоколада, приятной музыки или хорошей живописи, чтобы увидеть на экране картину возбуждения мозга.
У человека, существа социального, по выражению Аристотеля, внутренние переживания относятся к важнейшим стимулам системы вознаграждения. Поэтому чувство счастья, радости, удовлетворения тесно связано с понятиями социального общественного устройства и с точки зрения нейробиологии.
Информационные потоки, проходящие через наш мозг, приводят в действие различные системы раздражения и реагирования посредством электрохимических процессов. В клетках освобождаются сигнальные вещества, например тот же допамин, которые, словно слова, проникают в соседние клеточные окончания и вызывают в них ответный «разговор» в виде определенных реакций и раздражений.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.