Биологическая память

Различают три вида биологической памяти, появление которых связано с разными этапами эволюционного процесса: генетическую, иммунологическую и нейрологическую (нервную) память.

Чтобы жить, органическая система должна постоянно себя воспроизводить, иначе говоря, помнить своё строение и функции

Память о структурно-функциональной организации живой системы как представителя определённого биологического вида получила название генетической. Носителями генетической памяти являются нуклеиновые кислоты
(ДНК, РНК).

С генетической памятью тесно связана иммунологическая. В эволюции она возникает позже генетической и проявляется в способности иммунной системы усиливать защитную реакцию организма на повторное проникновение в него генетически инородных тел (вирусов, бактерий и др.).

Неврологическая, или нервная память появляется у животных, обладающих нервной системой Её можно определить как совокупность сложных процессов, обеспечивающих формирование адаптивного поведения организма
(субъекта) Неврологическая память использует не только собственные специфические механизмы, но и механизмы более древней генетической памяти, способствующей выживанию биологического вида. По этому в неврологической памяти выделяют генотипическую, или врождённую, память. Именно она у высших животных обеспечивает становление безусловных рефлексов, импринтинга, различных форм врождённого поведения (инстинктов), играющих роль в приспособлении и выживаемости вида Фенотипическая память составляет основу адаптивного, индивидуального поведения, формируемого в результате научения. Её механизмы обеспечивают, хранение и извлечение информации приобретаемой в течение жизни в процессе индивидуального развития.
В своём реферате я буду писать о том, что было прочитано мною о неврологической памяти.

Память имеет большое значение. С. Л. Рубинштейн сказал: "Не обладая памятью, были бы существами на час. Наше прошлое было бы мертво для будущего. Настоящее безвозвратно исчезло бы в прошлом. Человек не смог бы пользоваться знаниями, умениями, навыками и опытом предшественников. Не существовало бы и психической жизни, объединяющей в одно целое сознание личности, и невозможно было бы осуществлять непрерывное обучение, продолжающееся на протяжении всей нашей жизни и делающее из нас то, что мы, в сущности, и представляем собой».

Не всегда люди знали, где находится память. Более двух тысяч лет назад великий философ древности Аристотель высказал предположение, что чувства, мысли и память человека «заключены» в его сердце, а мозг служит только для охлаждения крови. Но ещё до Аристотеля, в V веке до Н. Э. Гиппократ и
Кротон указывали на мозг, как на орган «разума», предоставляя сердцу роль органа «чувств». Древнеримский врач Гален (II век) рассматривал мозговые желудочки (полости в мозге) как хранилища впечатлений, получаемых человеком от внешнего мира. В середине XVI века Везалий (фламандский учёный) доказал, что мышление и память человека связаны не с работой сердца, а с деятельностью мозга. Признав мозг органом психики, наука продолжала попытки установить точную локализацию памяти в мозговых структурах, исследуя их строение и функции. Было выяснено, что память в своей совокупности деятельность всего мозга в целом. Однако данные науки о том, что именно представляет собой память, как она функционирует, каковы её закономерности и пр., ещё очень не полны.

Память - широкое поле для толкований и исследований. Тысячи исследователей во всём мире стараются разгадать феномен памяти, разные учёные с различных позиций исследуют возможности памяти и функции мозга.

Для исследования памяти применяют методы клинической и экспериментальной психофизиологии, физиологии поведения, морфологии и гистологии, электрофизиологии мозга и отдельных нейронов, фармакологические методы, а также аналитической биохимии. В зависимости от задач, подлежащих решению, исследование механизмов памяти осуществляется на разных объектах - от человека до культуры нервных клеток.

Наиболее популярна концепция временной организации памяти, принадлежащая канадскому учёному Д. Хеббу. Основываясь на работах, проведённых до него, он опубликовал в 1949 г. гипотезу о двойственности следов памяти и выделил два хранилища памяти: кратковременное и долговременно. Его теоретические рассуждения послужили отправной точкой для дальнейших психологических и физиологических исследований.

Кратковременная память (КП) представляет первый этап формирования энграммы (следа памяти). КП характеризуется временем хранения информации от долей секунд до десятков минут и разрушается воздействиями, влияющими на согласованную работу нейронов (электрошок, наркоз, травма головы и др.).

Объём информации, одновременно сохраняемой в КП, ограничен, поэтому более поздние следы вытесняют более ранние.

В качестве механизма КП большинство учёных рассматривают многократное циркулирование импульсов (реверберацию) по замкнутой цепочке нейронов.
Вместе с тем многие физиологи и молекулярные биологи видят основу КП и в некоторых изменениях клеточной мембраны.

Долговременная память (ДП) –второй этап формирования следа памяти, который переводит его в устойчивое состояние. Процесс перехода из КП в ДП называют процессом консолидации памяти. Согласно концепции временной организации памяти след памяти, прошедший консолидацию и попавший на хранение в ДП, не подвергается разрушающему действию амнестических агентов, которые обычно стирают КП. Энграмма в ДП, в отличие от следа КП, устойчива.
Время её хранения не ограничено, так же как и объём информации, сохраняемой в ДП.

В качестве механизма ДП рассматривают устойчивые изменения нейронов на клеточном, молекулярном и синаптических уровнях.

Сравнивая функции КП и ДП, можно сказать, что в кратковременной памяти мы “живём”, а в долговременной храним знания, придающие смысл, значение нашему существованию. Обращение к прошлому опыту, который необходим, чтобы понять настоящее – это функция долговременной памяти.

Однако в результате дальнейших исследований потребовалось уточнение структуры временной организации памяти. Наряду с признанием КП и ДП выделили промежуточную (лабильную) память, метаболические процессы которой отличны от соответствующих процессов в КП и ДП. Далее сделали вывод о времени сохранения следа в каждом хранилище памяти. След в КП угасает уже через 10 мин. после обучения. В промежуточной памяти он хранится до 30 мин.
В ДП энграмма попадает через 45 мин. и храниться неопределённо долго.

Структуры мозга вероятнее всего связанные с памятью.

Кора головного мозга.

В хранении долговременной памяти участвует большая часть коры. Ввиду своей сложности кора головного мозга с трудом поддаётся исследованию.
Поскольку у человека мышление и решение задач связаны с речью, результаты экспериментов на животных могут рассматриваться как весьма приблизительные аналоги.

Тот факт, у животных, выращенных в “обогащённой” среде, слои коры несколько толще и структура нейрона сложнее, чем у особей выросших в
“обеднённых” условиях. Это показывает, что индивидуальный опыт, т. е. научение, может влиять на строение коры у животных. Должно быть, подобные изменения происходят и у людей. Вместе с другими структурами мозга, помогающими нам перерабатывать информацию, кора больших полушарий хранит результаты прошлого опыта и, следовательно, должна изменяться по мере усвоения и запоминания. Сейчас, однако, невозможно точно сказать, каковы именно эти изменения. Почти сорок лет назад психолог Карл Лэшли - пионер в области экспериментального исследования мозга и поведения - попытался дать ответ на вопрос о пространственной организации памяти в мозгу. Он обучал животных решению определенной задачи, а затем удалял один за другим различные участки коры головного мозга в поисках мест хранения следов памяти. Однако независимо от того, какое кол-во корковой ткани было удалено, найти то специфическое место, где хранятся следы памяти - энграммы, не удалось.

Дальнейшие исследования показали, в чем заключалась причина неудачи Лэшли. Для научения и памяти важны многие области и структуры мозга помимо коры. Оказалось также, что следы памяти в коре широко разбросаны и многократно дублируются.

Височные доли, гиппокамп и синдром Корсакова.

Потери памяти чаще всего можно наблюдать при поражениях лобных и височных долей мозга, а также ряда подкорковых структур: мамилярных тел, передних отделов таламуса и гипоталамуса, амигдолярного комплекса и особенно гиппокампа (извилина полушария головного мозга, расположенная в основании височной доли).

Лэрри Сквайр (1984) высказал предположение, что в процессе усвоения каких-либо знаний височная область устанавливает связь с местами хранения следов памяти в других частях мозга, прежде всего в коре. Потребность в таких взаимодействиях может сохраняться довольно долго - в течение нескольких лет, пока идет процесс реорганизации материала памяти. По мнению Сквайра, эта реорганизация связана с физической перестройкой нервных сетей. В какой-то момент, когда реорганизация и перестройка закончены, и информация постоянно хранится в коре, участие височной области в ее закреплении и извлечении становится ненужной.

Участие гиппокампа в процессе запоминания было доказано в конце XIX века крупным русским невропатологом С.С. Корсаковым. Он установил, что у больных, у которых по той или иной причине были повреждены оба гиппокампа, изменений личности не наблюдалось: они адекватно реагировали на любые события. Но реакции этих больных были нормальными лишь до тех пор, пока протекало событие – раздражитель. Через несколько минут после окончания его действия больной о нём начисто забывал.

По мнению Пенфилда (канадский нейрофизиолог и нейрохирург) больные с удалёнными (в лечебных целях) гиппокампами полностью сохраняют свой интеллект, способность производить математические операции и т.п. Однако они не способны усваивать новую информацию. Такие больные, по сообщениям американских учёных, не могут смотреть телевизионные фильмы, которые прерываются рекламой, так как теряют связь между отдельными частями фильма.

Следует иметь в виду, что при разрушении гиппокампа, другие нервные центры и структуры берут на себя и компенсируют, хотя и не полностью, функции памяти.

В нормальных условиях гиппокамп выполняет ряд ответственных задач.
Установлено, например, что, когда воспринимается однородная информация на определённую тему, переключение на новую тему, а потом возврат к первой без прерывания логической нити разговора обеспечивает гиппокамп. В обычных условиях гиппокамп обеспечивает перенос информации о происходящем в данный момент событии из коротковременной памяти в долговременную. Благодаря этому, событие, происходящие в данный момент, если оно важно для организма, оставляет свой след в центральной нервной системе до того времени, когда данные о нём становятся необходимы организму.

По мнению некоторых учёных, гиппокамп – это аппарат для учёта ошибок.
Когда он отсутствует или неисправен, человек повторяет свои ошибки.

Мозжечок.

Функция мозжечка заключается в контроле над всеми видами движений. Он
“программирует” координацию многочисленных отдельных движений, составляющих один двигательный акт. Мы не задумываемся о том, как нам поднести яблоко ко рту, чтобы откусить от него. По словам больных с повреждениями мозжечка, в сложном движении, которое до болезни выполнялось автоматически, они должны теперь сознательно контролировать каждый этап: сначала поднять руку с яблоком вверх и остановиться, а затем уже поднести к губам.

РНК и память. Нейромедиаторы и память. Роль нейроглии.

Сложились гипотезы о роли глиальных элементов, молекул РНК и ДНК в процессах памяти.

О глиально - нейронной гипотезе высказывался американский нейрофизиолог
Галамабос.

Он считает, что основой работающей единицей памяти являются глиальные клетки и нейроны. Глиальных клеток насчитывается приблизительно в десять раз больше, чем нейронов, и они занимают 60-90% объема мозга, образуя массу
(нейроглия), пронизанную нейронами и волокнами.

Галамбос считает, что глия, наряду с тем, что она питает нейроны,
“программирует” их деятельность, сообщает, что им “ полагается делать, в каком порядке и последовательности выполнять операции”.

Он ссылается на данные исследователей, которые выделили из глии вещество, тормозящее поведенческие акты кошки, электрическую активность её мозга и вызывающие особые биотоки мозга.

Эти факты свидетельствуют в пользу важной роли глии в деятельности мозга, однако, не могут быть доказательством ведущей роли глии в обучении и памяти.

Для решения вопроса о функции нейроглии в работе мозга нужны дальнейшие эксперименты, хотя уже сейчас нет никаких оснований, думать о ней, как о структуре, в которой перерабатывается и хранится информация.

Некоторые учёные полагают, что глия связана с работой долговременной памяти.

В последнее время всё больше обращают внимание на химизм мозга в связи его различными функциональными состояниями.

Такой путь исследования и его перспективность в своё время предвидел
И.П. Павлов, указывая, что” настоящую теорию всех нервных явлений даст нам только изучение физико-химического процесса, происходящего в нервной ткани и фазы которого дадут нам полное объяснение всех внешних проявлений нервной деятельности, их последовательности и связи”.

С развитием биохимических методов исследования стало возможным изучение не только обменных процессов в мозговой ткани, но и в её элементах- нейронах.

В 1943 г., шведский гистохимик Хиден показал, что во время возбуждения нервной системы в её клетках возрастают накопление и расход РНК, и усиливается синтез белка. Хиден высказал предположение, что обмен нуклеиновых кислот является основой мышления. Затем в зарубежной печати появился ряд экспериментальных работ, подтверждающих эту гипотезу.

В связи с тем, что схема синтеза белка может быть представлена в виде цепи ДНК- РНК- белок, возникла идея затормозить или нарушить одно какое- либо из звеньев этой цепи, чтобы посмотреть, как это отражается на процессе обучения и памяти. В исследованиях роли РНК в образовании и сохранении условных рефлексов получены не всегда одинаковые результаты. В одних из них при введении рибонуклеаза наблюдалось отсутствия торможения прочных условных рефлексов и невозможность образования новых условных рефлексов, в других - этот фермент вызывал угнетение прочных временных связей и более сильное тормозное влияние оказывал на вновь вырабатываемые реакции. При этом в некоторых работах указывается, что угнетение прочных условных рефлексов было преходящим. При введении антибиотиков актимицина Д, а также пиромицина наблюдалось то же самое: прочные рефлексы менее страдают, чем только что выработанные. Это говорит о том, что нарушение синтеза РНК и белка в первую очередь отражается на кратковременной памяти.

Каждое запоминаемое событие кодируется в ЦНС специфическими последовательностями нуклеотидов в РНК. Хиден провёл ряд работ при помощи изобретённого им микрометода, позволяющего исследовать количество и соотношение нуклеотидов в клетке. Оказалось, что при выработке условного рефлекса у крыс ( балансировка на проволоке, по которой они пробирались к площадке с пищей) увеличивалось отношение нуклеотидов аденина и урацила в
РНК некоторых нейронов. В другом исследовании было установлено, что переучивание крыс пользоваться при добывании пищи правой лапой вместо левой и наоборот оказывало влияние на содержание нуклеотидов в нейронах 5-6- го слоя двигательной коры. На основании результатов этих опытов Хиден пришёл к выводу, что под влиянием нервных импульсов происходит перестройка в последовательности нуклеотидов РНК. Это, естественно, сказывается на синтезе белка, в молекулу которого вносится какой-то отпечаток происшедших изменений в молекуле РНК. Молекула белка становится ”чувствительной” к нервным импульсам определённого качества. Она “узнаёт” в дальнейшем эти импульсы и реагирует на них освобождением медиаторных веществ, которые и переносят нервные импульсы с нейрона на нейрон через синаптические связи. В том случае, когда меняется информация, закодированная в нервных импульсах, такого “узнавания” не происходит и передача импульса не осуществляется.

Итак, все существующие теории памяти в настоящее время можно отнести к двум группам. Первая - биохимические теории памяти. Согласно этим теориям, информации в мозге кодируется в молекулах РНК или других макромолекулах. В пользу этих теорий говорит то, что биохимическое кодирование позволяет фиксировать практически неограниченное количество информации. Ещё более убедительным доводом в пользу этих теорий служит то обстоятельство, что природа уже в первые минуты зарождения жизни ”придумала” именно этот способ хранения информации и до сих пор пользуется им для передачи сообщений из поколения в поколение. Например, паука никто не учит плести паутину. Это - врождённые “знания”, которые прочно закреплены, как и ряд других свойств организма. Но если биохимическим путём кодирована унаследованная память, то почему тем же способом не может быть кодирована память, возникающая на основе собственного опыта?

Согласно теориям второй группы, процесс запоминания состоит в создании новой структурной организации, в образовании новых связей между нервными клетками.

Трудно определить, какая из двух групп теорий верна. Всё, что касается памяти чаще всего, начинается со слова “ вероятно”. В проблеме изучения памяти ещё много не решённых вопросов. И всё же благодаря достижениям науки есть, что ответить на вопрос, как работает память.

СЛОВАРЬ:
ИМПРИНТИНГ - [англ. Imprinting отпечатывать, запечатлевать] – запечатление- закрепление в памяти животных на раннем периоде развития отличительных признаков воздействующих на них внешних объектов, некоторых врождённых поведенческих актов.
МЕДИАТОР – [лат. Mediator посредник] – биологически активное вещество, участвующее в передаче возбуждения с одной нервной клетки на другую.
НЕЙРОГЛИЯ – [гр. Neuron. Нерв + гр. Glia, клей] – ткань нервной системы, в которой располагаются нервные клетки и их отростки; выполняет опорную, защитную и трофическую (питательную) функции.
ТЕОРИЯ СЛЕДОВ ПАМЯТИ – согласно этой теории, прохождение любого нервного импульса через определенную группу нейронов оставляет после себя в собственном смысле слова физический след. Физическая материализация следа выражается в электрических и механических измерениях синапсов (места соприкосновения нервных клеток). Эти изменения облегчают вторичное прохождение импульса по знакомому пути.

Список литературы:

Адам Д. Восприятие, сознание, память. Размышления биолога: Пер. с англ. /Перевод Алексеенко Н.Ю.; Под ред. и с предисл. Е.Н. Соколова. – М.:
Мир, 1983. – 152с., ил.

Блум Ф., Лейзерсон А., Ховстедтер Л. Мозг, разум, поведение: Пер. с англ. – М.: Мир, 1988. – 248с., ил.

Биологический энциклопедический словарь – 2-е изд., испр. – М.: Сов. энциклопедия, 1989. – 864с., ил.

Николов Н., Нешев Г. Загадка тысячелетия: Пер. с болг./ Под ред. М. И.
Самойлова; Предисл. Н.А. Тушмаловой. – М.: Мир, 1988 – 144с., ил. (В мире науки и техники)

Роуз С. Устройство памяти. От молекул к сознанию: Пер. с англ. – М.:
Мир, 1985 – 384с., ил.