Как человеческая память выглядит на биологическом уровне? Когда можно будет стирать одни воспоминания и вживлять в мозг другие? T&P публикуют расшифровку выступления победительницы «Научных боев» — неформальной конференции, в ходе которой молодые ученые за 10 минут должны были максимально доступно рассказать о своих исследованиях, используя только подручные средства.

Ольга Ивашкина, выпускница кафедры высшей нервной деятельности биофака МГУ, сотрудник лабораторий в Институте нормальной физиологии имени Петра Анохина и в Курчатовском институте, исследующих мозг и механизмы памяти.

Начать я бы хотела со слов великого физиолога Ивана Павлова: «Ничего не интересует нас больше, чем наше собственное психическое содержание». Это в полной мере может быть применено лично ко мне — из всего многообразия психического содержания меня больше всего интересует, как устроена наша память. Может сейчас показаться странным, но долгое время вплоть до XIX века память считалась чем-то вроде метафизического сосуда, в который каким-то непонятным образом складывалась информация. Это стало постепенно меняться в связи с исследованиями врачей, которые наблюдали своих пациентов, получивших травмы на производстве или во время военных действий, и сопоставляли нарушения памяти с поврежденными участками мозга.

Эти исследования показали, что память — это в первую очередь ее материальный субстрат, то есть мозг и его нейроны. Следующие исследования, например, на лабораторных животных показали, что не все так просто, и память это необязательно структура, а сложные многообразные процессы, которые сосуществуют в нашем мозге вместе как параллельные вселенные при формировании новых воспоминаний. Так что же происходит у вас в мозге, когда вы запоминаете телефон понравившейся вам девушки или молодого человека? Что происходит в мозге лабораторной крысы, когда она запоминает, где в лабиринте находится вкусная еда?

«Получается, что образование памяти больше похоже на установление социальных контактов в сети. Например, вы вернулись из отпуска, где познакомились с людьми из разных стран, и в фейсбуке вы добавляете их себе в друзья. На карте мира получается сеть ваших друзей. То же самое происходит и в мозге — получается сеть вашей памяти».

Происходит несколько процессов. Один из них связан с генерацией электрических импульсов. Благодаря своим физическим и химическим свойствам нейрон способен генерировать электрические импульсы, которые называются «спайками». В мозге, который находится в спокойном состоянии, каждый нейрон производит их в соответствии со своим собственным внутренним миром. Что происходит при запоминании? Электрические импульсы синхронизируются, и нейроны начинают синхронно работать вместе. Это было показано на лабораторных животных во время того, как они запоминали что-то новое. С помощью специальных электродов записывали, какого рода электрическая активность идет в мозге, и доказали, что существуют такие волны синхронизации.

Кроме этой вселенной есть еще одна. Она связана с биохимическими процессами. В норме, в спокойном состоянии, в мозге постоянно происходит синтез новых молекул, в частности новых белков. Это своего рода строительный материал для нервных клеток. При этом, когда с мозгом животного случается важное событие, синтез белков многократно увеличивается, и кроме обычных белков начинают синтезироваться новые, специфические именно для образования долговременной памяти. Синтез белков нужен для того, чтобы они пошли в специальные места контактов между нейронами, которые называются синапсами. Благодаря образованию таких контактов, образуется нейронная сеть, в которой и хранятся наши воспоминания.

Получается, что образование памяти больше похоже на установление социальных контактов в сети. Например, вы вернулись из отпуска, где познакомились с людьми из разных стран, и в фейсбуке вы добавляете их себе в друзья. На карте мира получается сеть ваших друзей. То же самое происходит и в мозге — получается сеть вашей памяти. Несмотря на то, что эти процессы определенным образом связаны, мы не знаем, каким именно образом эта сеть формируется на уровне разных процессов.

На помощь нам, нейробиологам, приходят новые научные направления — оптика, генная инженерия, математика. Теперь представьте, что мы берем не обыкновенную лабораторную крысу, а специальную, трансгенную. Ее особенность в том, что у нее есть флуоресцентные белки, которые в прямом смысле слова светятся, если облучить их светом определенной волны. Предположим, у нашей крысы есть зеленый флуоресцентный белок, который светится только тогда, когда синтезируются те специальные белки, необходимые для памяти. Кроме того, у нее в мозге есть и красный флуоресцентный белок, который загорается, когда происходит спайк. Если спайка нет, свечения не будет.

Что мы можем сделать? Мы можем взять обычное оптоволокно (оно вам может быть знакомо по оптоволоконному интернету) и вживить его в мозг мыши, в структуру, где, как мы считаем, находится искомая сеть нейронов. Кроме того, мы можем поместить в это волокно луч лазера определенной волны, чтобы наши белки начали светиться. При этом наше животное, которое мы исследуем, будет находиться в обычном свободном поведении и запоминать что-то новое, а мы будем фактически освещать ее нейроны.

Теперь давайте представим (такого эксперимента в реальности еще никогда и нигде не было проведено, но мы в нашей лаборатории планируем это сделать), что животное запоминает, где находится сыр. Как могут повести себя нейроны этой сети? В части нейронов не будет активизироваться синтез белков, зато они будут синхронизироваться и генерировать вместе спайки. Другие нейроны не будут принимать участия в синхронизации, зато у них будет активный синтез новых белков, необходимых для памяти. И будут третьи нейроны, которые будут сочетать в себе и то, и другое.

«Я верю в то, что границ у познания не существует, и мы можем исследовать психику и мозг бесконечно. С другой стороны, уже есть некоторые исследования, которые показывают, что мы можем стереть определенные воспоминания у лабораторной мыши в специальных условиях. Это реальные результаты, которые были показаны в реальной научной лаборатории».

Мы будем проверять, насколько эта синхронизация электрической активности действительно влияет на то, что именно эти синхронизованные нейроны включатся в сеть, в которой будут храниться воспоминания. Одна гипотеза состоит в том, что включаться будут обязательно те нейроны, которые синхронизовались, и именно в них будет синтез белков, и именно они будут включаться в сеть. И другая гипотеза связана с тем, что эти два процесса в мозге напрямую не пересекаются, и тогда одни нейроны будут синхронизованы электрически, и совсем другие нейроны будут затем составлять ту сеть, в которой будет храниться то или иное воспоминание.

Точного ответа мы еще не знаем, но такой эксперимент поможет нам узнать, как в комплексе формируется эта сеть, в которой хранятся наши воспоминания. Зачем это нужно? Это нужно для ответа на вопрос, который волновал Павлова и волнует меня. И благодаря данным экспериментам мы сможем понять, как такие сложные понятия как память воплощаются на нейронах нашего с вами реально работающего мозга.

Душа, а я под ней понимаю индивидуальные особенности человека, тоже проявляется на материальном субстрате. У меня могут быть лучше связаны связи в зрительной области, а у вас в слуховой, эти индивидуальные отличия, которые существуют на уровне реальных нейронов, составляют нашу психологию. Я верю в то, что границ у познания не существует, и мы можем исследовать психику и мозг бесконечно. С другой стороны, уже есть некоторые исследования, которые показывают, что мы можем стереть определенные воспоминания у лабораторной мыши в специальных условиях. Это реальные результаты, которые были показаны в реальной научной лаборатории. Можно этой же мыши поместить в мозг воспоминания о том, чего с ней никогда не было. Я думаю, что рано или поздно это будет сделано и для человека тоже.