Ум долгий, ум короткий

Был зимний холодный вечер. Из затянутого тяжелыми тучами неба на землю сыпался снег. Порывистый ветер подхватывал его на лету, закручивал в снежные вихри и нес по направлению к морю. Михаил Р., подняв меховой воротник, ссутулившись и втянув голову в плечи, быстро шагал по пустынной набережной Фонтанки. Он уже подходил к своему дому, когда из соседней подворотни донесся призыв о помощи. Прибавив шагу, Михаил свернул под арку. В слабом свете тусклой электрической лампочки он увидел рыжеволосую девицу, которая тщетно пыталась вырваться от двух парней, явно нетвердо стоявших на ногах.

Не теряя времени, Михаил бросился на ближайшего обидчика и сбил его с ног, но, в свою очередь, получил такой удар, что чуть не вылетел за ворота. На этом поединок закончился. Мгновенно протрезвев, хулиганы поспешно ретировались.

Сознание вернулось к Михаилу еще в «скорой». В больнице констатировали не слишком сильное сотрясение мозга. В таких случаях полагается строгий постельный режим на 10–15 дней.

Расследование происшествия было поручено молодому, совсем еще неопытному, но весьма старательному следователю. Допрос пострадавшей не помог розыску. Она то ли от страха забыла, то ли из боязни последствий не хотела вспомнить приметы своих обидчиков.

Потерпев первое фиаско, следователь отправился в больницу. К его крайнему удивлению, Михаил не только не мог помочь следователю, но он вообще не помнил, что с ним произошло и почему оказался в больнице. Даже рыжеволосая девица не оставила в его памяти ни малейшего следа. Только к концу десятидневного пребывания в больничной палате он стал смутно припоминать, что, возвращаясь домой, услышал призыв о помощи и бросился на выручку. Но что произошло в подворотне, он так никогда и не вспомнил.

Будь следователь более опытным, глубокая забывчивость пострадавшего его бы не удивила. В психологии памяти давно известно два удивительных феномена: посттравматическая ретроградная амнезия (провал памяти) и увеличение прочности заученного материала через несколько часов после окончания урока.

Феномен ретроградной амнезии состоит в том, что при временной потере сознания, по какой бы причине она ни произошла, человек начисто забывает события, непосредственно предшествовавшие потере сознания.

Оба упомянутых феномена свидетельствуют о том, что фиксация нового материала не происходит мгновенно, а требует известного времени. Если в этот период прекратить хотя бы на короткий срок работу мозга, фиксация серьезно нарушается. Зато, как метко подметил Н.А. Некрасов, ежели «втемяшилась в башку какая блажь, колом ее оттудова не выбьешь…». Прочно зафиксированный памятью материал, не повреждая мозга, вытравить практически невозможно.

Исследователи давно пришли к выводу, что существует два вида памяти: короткая и долгосрочная. Первая предназначается для планирования непосредственного поведения. Весь материал, которым она располагает, хранится только до той поры, пока он нужен, а затем полностью стирается. Вот почему ее нередко называют оперативной памятью. В долгосрочной памяти материал хранится неизмеримо дольше, многие месяцы и годы, практически всю жизнь.

Никому не известно, через какой срок подручный материал памяти передается из диспетчерских отделов мозга на постоянное хранение. Зимой 1969 года в Гагре собрались на симпозиум 40 ведущих ученых страны, чтобы обсудить успехи в изучении памяти. Они не смогли установить, через какой срок функциональные изменения переходят в структурные.

Значительная разница в сроках хранения объясняется серьезными различиями в способах фиксации воспринимаемого материала. Кратковременная память связана с какими-то функциональными изменениями в работе мозга, предполагают, что с длительной циркуляцией нервного импульса в замкнутой цепи нейронов. Если она происходит достаточно долго, в нейронах могут возникнуть структурные изменения, и память станет долгосрочной.

Связь кратковременной памяти с функциональными изменениями весьма вероятна, но я не уверен, что в течение часов и дней по орбитам нейронных цепей мозга гуляют импульсы, неосторожно запущенные мною.

Каждую субботу я планирую дела на всю неделю. В понедельник утром опустить письмо, днем повторить 153-й опыт, вечером подготовить материалы доклада, перед сном просмотреть пару книг. И так на все 7 дней. Неужели с субботы в моем мозгу так и крутится: «Не забыть письмо. Повторить 153-й опыт. Сделать график. Не забыть письмо!!!» День спустя: «Письмо опустил. 153-й опыт повторил. Не забыть график. В пятницу с двух до трех не будет электричества. Письмо уже опустил. 153-й опыт повторил. Не забыть график!»

Если факты убедят меня в циркуляции импульсов, немедленно куплю магнитофон, буду на него надиктовывать планы, и пусть он крутится, а я стану спать снокойно. Собственный мозг дороже, ведь нейроны не возобновляются. Никто не знает, не возникает ли «трения» при вращении нервных импульсов, не снашиваются ли при этом нейроны.

Память относится к числу психических явлений, над которыми люди задумываются уже не меньше шести-восьми тысячелетий. Наиболее интенсивно изучается долгосрочная память. Чаще всего используют два излюбленных приема: ретроградную амнезию и реакцию пассивного избегания. Обычно опыты ставят на белых мышах или крысах. Ретроградную амнезию вызывают пропусканием электричества через голову животного, вызывая непродолжительный шок.

Реакция избегания – особый условный рефлекс. Для ее образования используют нехитрую установку. Животное помещают на ярко освещенную полочку или сажают в небольшую, ярко освещенную камеру. В обоих случаях животное может спрятаться от неприятного для него света, уйти через отверстие в темное помещение. Обычно подопытная мышь это незамедлительно и проделывает, не предполагая, какой подвох приготовлен экспериментатором. Как только животное переступит порог, за ним захлопывается дверца, и через пол, оплетенный паутинкой проводов, начинают бить током.

Процедура продолжается долго, 30–50 секунд, чтобы крыса хорошо запомнила, что сюда соваться не следует. И действительно, одного раза достаточно, чтобы реакция избегания образовалась. Крыса, выпущенная в ту же камеру повторно, будет щуриться от неприятного света, жаться к стенкам, но в отверстие больше не пойдет или пойдет туда не так быстро, как в первый раз. У нее выработался навык избегать темные углы после одного знакомства с обстановкой.

Теоретически рассуждая, можно предполагать, что сразу после столь неприятной процедуры, так сказать на свежую память, она ни в коем случае вновь туда не сунется. Ничуть не бывало. Если крысу через пять секунд извлечь из темного отсека и опять поместить в освещенную часть установки, она с еще большей поспешностью бросится в открытое отверстие.

Должно пройти больше двух минут между неприятной процедурой и повторным экспериментом, чтобы у подопытного животного возникло сомнение в правильности своих поступков. Только через час рефлекс избегания окончательно упрочится. «Дозреет», как говорят исследователи.

Час времени, который проходит между первым знакомством с ситуацией и повторным испытанием, самый важный. В этот момент решается судьба информации, поступившей в мозг. Если работа мозга будет нарушена, фиксации не произойдет.

Вызывая шок электрическим раздражением мозга, можно уточнить время фиксации. Через сутки после образования навыка шок не оказывает никакого влияния на осуществление рефлекса, а следовательно, и на память. Но чем ближе к моменту окончания первого опыта раздражают мозг, чем сильнее электрический ток, тем полнее вытравливается след, оставленный первоначальной процедурой.

Что же делает электрошок? Его действие вначале трактовали как нарушение фиксаций следов перенесенных воздействий. Позже появились подозрения, что электрошок, не нарушая фиксацию, мешает «созреванию» условного рефлекса. Некоторые основания для этого имелись.

Вскоре после процедуры обучения электрошок уничтожает все воспоминания, однако, если осторожно напомнить животному, память восстановится. Делается это просто. Мышку, забывшую во время электрошока предыдущую неприятность, раздражают электричеством. Процедуру напоминания стараются проводить в другом помещении, полностью изменяют обстановку опыта, чтобы она внешне не напоминала первоначальный эксперимент.

Раздражение электричеством восстанавливает память. После процедуры «напоминания» мышонок так, за здорово живешь в какую-то дырку не полезет. Значит, память хранила нужную информацию, но почему-то мышка не могла ею воспользоваться.

Есть другой способ вернуть память, уничтоженную электрошоком. Некоторые вещества способны возродить воспоминания, как проявитель делает видимым изображение, скрытое на фотопластинке. Особенно хорошо действует стрихнин, введенный до электрошока. Даже спустя три часа он еще способен оживить следы памяти. Только в одном случае стрихнин окажется бессильным, если электрошок нанести в течение минуты после обучения. Тут уже ничто не поможет.

Опыты по восстановлению памяти породили новые представления. Скорее всего фиксация информации проходит два этапа. Во время первого, очень короткого, исчисляемого всего несколькими десятками секунд, возникает матрица, отпечаток с информации, достигшей мозга. Электрошок, нанесенный тотчас после процедуры обучения, помешает ее возникновению, но бессилен ее разрушить, если она уже образовалась. Зато, воздействуя на вторую фазу фиксации, он сделает матрицу неактивной.

В этом случае память зафиксирует и будет хранить массу важных для организма вещей, но не сможет ими воспользоваться. Знания будут лежать в мозгу мертвым грузом. Стрихнин и процедуры напоминания, видимо, создают аппарат, позволяющий пользоваться матрицей.

Гораздо труднее для изучения кратковременная память, хотя иногда простые наблюдения за животными позволяют собрать уникальный материал. В числе первых советских физиологов, рискнувших обнародовать свои наблюдения над памятью животных, был В.Я. Кряжев. Выступая на одном из совещаний, он рассказывал, как однажды ему довелось проникнуть в глубины оперативной памяти вороны.

Дело было летом на даче. В полдневный зной ворона обнаружила на открытой веранде тарелку с куриными яйцами. Оглядевшись по сторонам и убедившись, что никого вблизи нет, осторожная птица украла яйцо. Через 20 минут она прилетела за другим, затем за третьим.

Кряжева заинтересовало: запомнит ли ворона, унеся последнее яйцо, что больше на веранде поживиться нечем. Когда оно было украдено (как выяснилось из вопросов, заданных докладчику, яйца принадлежали соседу), экспериментатор удвоил внимание. Похитительница не вернулась. Оперативная память вороны в пределах 20 минут работала идеально. Природа щедра на подобные эксперименты, но, чтобы подсмотреть их, необходимо счастливое стечение обстоятельств.

Когда хотят изучать кратковременную память, поступают следующим образом: на глазах у подопытного животного в одну из двух-пяти кормушек кладут корм. Кормушки устроены так, что животное не может видеть корм и ощущать его запах. Экспериментатор не дает животному тотчас же съесть пищу. Только выждав известное время, животному дают доступ к кормушкам. Постепенно увеличивая интервал, устанавливают длительность краткосрочной памяти. Она оказалась не такой уж короткой: собаки и обезьяны способны помнить о корме несколько дней.

Этот эксперимент для высших животных достаточно прост. Обычно его стремятся усложнить. Корм кладут в кормушки скрытно от животного. На заряженную кормушку указывает специальный раздражитель – загорающаяся лампочка или звук звонка, расположенные над ней.

Чтобы узнать, как долго сохраняются воспоминания о внешних раздражителях, животному предъявляют друг за другом два звука или две картинки. Если они совершенно одинаковы, то животное, нажав на рычаг кормушки, сможет достать корм. Когда раздражители разные, кормушка окажется запертой. Увеличивая интервал между действием раздражителей, удается установить, сколько времени животное может помнить первый из них достаточно хорошо, чтобы сравнить его со вторым.

Чтобы узнать, как долго животное помнит совершенное им действие, применяют Т-образный лабиринт. Крыса получает корм только в том случае, если бегает по очереди в правый и левый рукав лабиринта. Когда интервал между очередными прогулками по лабиринту достаточно велик, животное забывает, в какой последовательности бегало предыдущий раз, и начинает путаться.

Краткосрочная память – необходимое условие для образования долгосрочной, однако не всякая краткосрочная память переходит в долгосрочную. Вводя животным специальные препараты, угнетающие в мозгу синтез белков, удается затормозить развитие долгосрочной памяти. У золотых рыбок и крыс в течение одного опыта легко вырабатывался условный рефлекс. Однако уже через несколько часов он разрушался. Можно три-пять дней заново вырабатывать рефлекс, а он за ночь каждый раз успеет разрушиться. Оперативная память исправна, а механизм передачи информации в долгосрочную память нарушен.

У животных, которым введены вещества, нарушающие в мозгу синтез белка, условный рефлекс удается выработать, только если между отдельными сочетаниями раздражителей будет небольшой интервал, две-пять минут. При увеличении интервала до 30–40 минут рефлекс не образуется. Кратковременная память о предыдущем сочетании успеет разрушиться раньше, чем произойдет очередное сочетание. Можно затратить несколько суток, сделать 50–100 сочетаний, но так и не добиться образования условного рефлекса.

Пилюли из вашего дедушки

Биохимическая теория памяти получила значительное развитие в последние десятилетия. Этому предшествовал длительный период накопления знаний о биохимических превращениях в мозговом веществе. Развитие учения об условных рефлексах вызвало интерес к биохимическим процессам, сопровождающим работу мозга. Неудивительно, что пионерами в этой области стали наши отечественные ученые, воспитанники павловской физиологической школы: А.В. Палладин, Е.М. Крепе, Г.Е. Владимиров.

В то время не существовало таких точных методов, чтобы можно было заметить биохимические изменения, вызванные однократным условным рефлексом. Они чрезвычайно малы, а время, необходимое, чтобы убить животное, извлечь мозг и подготовить к химическому анализу, столь велико, что дальнейший ход биохимических реакций умирающего мозга должен был полностью их стереть.

Вести в этом направлении поиски казалось бессмысленным. Поэтому первые исследования выполнили на животных, которых в течение длительного времени подвергали определенным воздействиям светом или звуком, заставляли здорово побегать или вволю выспаться. Предполагалось, что эти процедуры вызовут серьезный биохимический сдвиг, который не сотрется за время подготовки мозгового вещества к анализу.

Позже Владимиров внес в методику существенное усовершенствование. Он вырабатывал у крыс специальный условный рефлекс: по сигналу животное должно было выпрыгнуть из камеры через специальное отверстие наружу, чтобы не получить удара электрическим током. Когда тренировка условного рефлекса достигала нужного уровня, под отверстие подставляли сосуд с жидким воздухом, куда и попадала крыса.

Животное мгновенно замораживалось и охлаждалось почти до абсолютного нуля. При таких низких температурах химические реакции не идут. В руках экспериментатора оказывался мозг в том состоянии, какое он имел в момент осуществления условного рефлекса.

Шведский гистохимик X. Хиден – большой энтузиаст изучения памяти. Еще 30 лет назад ему удалось установить, что в процессе возбуждения в нервных клетках усиливается воспроизводство и расход РНК и синтез белка. В его опытах крысята, чтобы добраться до пищи, должны были пройти, балансируя по проволоке, изрядное расстояние. Конечно, сначала они просто падали, не одолев и половины пути.

Говорят, голод не тетка. За четыре дня крысенок мог научиться тому, на что цирковые артисты затрачивают месяцы и годы. На пятый день четвероногие эквилибристы успевали за один час 15 раз проделать путь от старта до финиша. Тогда их убивали и, найдя в продолговатом мозгу центр равновесия, выделяли из него нервные клетки, получившие название клеток Дейтерса.

Оказалось, что в каждой из них было около 750 пикограмм РНК. У крысиных братьев, все последние 5 дней сидевших в тесной маленькой клетке, было всего 680 пикограмм, то есть почти на 10 процентов меньше. Мало того, сама РНК у «акробатов» была иная, чем у контрольных животных, она содержала аденина на 11 процентов больше, чем следует, и на столько же процентов меньше урацила.

Похожие результаты были получены на взрослых крысах. Эти зверьки во время еды держат корм в лапах. Среди крыс, как и среди людей, встречаются правши и левши. Хиден заставил праворуких крыс пользоваться во время еды левой лапой. Когда они этому научились, исследовали нейроны пятого и шестого слоев двигательной коры левого «необученного» и правого «обученного» полушарий, управлявших движением лап. В «обученных» клетках оказалось РНК на 5 пикограмм больше. В них было больше аденина, гуанина и урацила и меньше цитозина. У ничему не обучавшихся крыс никаких изменений в составе РНК не было.

Поверив, что РНК имеет непосредственное отношение к памяти, канадские ученые попытались с ее помощью восстановить память людей крайне преклонного возраста. У некоторых пациентов эффект был весьма неплох, беда в том, что он держался, только пока инъекции продолжались. Предвосхищая естественный вопрос, который, вероятно, возникнет у большинства читателей, скажу, что РНК была отнюдь не человеческого происхождения, а добывалась из дрожжевых клеток.

У животных, получавших РНК, память тоже улучшилась. Крыс учили по звонку вскакивать на перекладину. Зазевавшиеся получали за нерасторопность удар электрического тока. Если животным вводили РНК, обучение шло значительно быстрее.

Перечисленные выше эксперименты отнюдь не доказали участия РНК в процессах памяти. Увеличение ее количества могло быть всего лишь сопутствующим явлением, а благоприятный терапевтический эффект нетрудно объяснить простым пополнением фонда веществ, необходимых для интенсивного обмена.

К разработке химической теории памяти привлекла внимание серия интригующих опытов на планариях, крошечных примитивных червях. Внешне они похожи на маленьких пиявочек. Форма переднего конца тела планарий напоминает миниатюрную головку. Здесь есть глаза, чаще две пары, и целая цепочка их по краю передней части тела. Однако все атрибуты головы этим и исчерпываются. Она не имеет ни головного мозга (казалось бы, непременной части головы), ни даже рта. Ротовое отверстие у них на брюхе, где-то в его центре или ближе к хвостовому концу.

Нервная система планарий состоит из нервных стволов, оплетающих тело. В местах их пересечения образуются нервные ганглии. Самый крупный ганглий находится возле глотки. Он управляет ее работой.

Планарии размножаются половым путем и делением тела. Когда им придет в голову воспользоваться последним способом, на их теле возникает одна, две или больше перетяжек, затем оно полностью разделяется, ранка подживает, на новом брюхе прорезается ротовое отверстие, а нервный узелок, оказавшийся ближе всего к глотке, приобретает некоторую степень главенства.

Я рассказал о размножении планарий специально, чтобы показать: регенерировать утраченный конец тела им несложно. Именно эта особенность планарий была использована для анализа интимных механизмов памяти. Опыты американских исследователей заинтересовали ученых всего мира.

Образовав у планарий простейший условный рефлекс – съеживаться при действии света, за которым следовал удар электрическим током, ученые рассекли подопытных животных пополам. Исследователи хотели выяснить, сохранится ли условный рефлекс после регенерации. Они полагали, что «обученная» нервная ткань с помощью каких-то химических веществ передает возникшим в процессе регенерации новым отделам нервной системы приобретенные знания. Рефлекс сохранился не только у животных, выросших из головного отрезка, но и из хвостового.

Иногда за время регенерации он мог исчезнуть. Две-три недели для крохотного червячка – огромный период, но после регенерации рефлекс вырабатывался намного быстрее, чем первоначально, и это является общепризнанным доказательством определенной степени его сохранности.

Позже опыт был усложнен. У планарий, регенерировавших из головного конца, отрезали переднюю половину тела и, дождавшись новой регенерации, выясняли состояние условного рефлекса. Эти планарии были совершенно новыми существами, в состав их тела не попало ни одного кусочка от некогда обученных животных. И все же у вновь созданных существ удалось обнаружить следы оборонительного условного рефлекса.

Сходные результаты были получены в нашей стране на амфибиях и насекомых. Их молодь проделывает сложный путь развития. У насекомых из яйца выходит личинка, мало похожая на родителей, которая растет, развивается, затем окукливается. В это время происходят кардинальные перестройки всего организма. Когда они будут завершены, из куколки выходит на свет окончательно сформированное взрослое насекомое. У земноводных нет стадии куколки, но тем не менее они претерпевают метаморфоз с серьезной реконструкцией тела, в ходе которой сильно затрагивается и нервная система.

Вполне резонно было заинтересоваться, что же происходит во время этих кардинальных перестроек нервной системы с приобретенными навыками. Если они исчезают, вероятнее принять структурную теорию памяти, если сохраняются – химическую.

Исследования проводились как на аксолотлях, так и на личинках мучного хрущака. Они особенно интересны. В опыт брали личинку так называемого мучного червя, которую обучали в Т-образном лабиринте поворачивать налево или направо. Когда обучение завершалось, личинку оставляли в покое, давая возможность окуклиться. Вылупившемуся затем жуку предлагали прогуляться по лабиринту. На радость экспериментаторам жуки обнаружили неплохую память.

Результаты этих опытов проще всего понять, предположив, что у планарий и мучных хрущаков память «записывается» химическим путем. Молекулы – носители памяти, на которых записана информация, циркулируя по организму (во всяком случае, в период регенерации или метаморфоза), оседают в регенерировавших частях тела, передавая юным участкам опыт и знания участков-ветеранов.

Ход рассуждений толкал ученых на поиски химических веществ – носителей памяти. Нужно подчеркнуть всю сложность поисков. Найти вещество памяти труднее, чем иголку в стоге сена. Чтобы убедиться в существовании химического пути передачи, проще всего взять какое-нибудь вещество из нервной системы обученных животных и ввести его необученным. Но что брать, как и куда вводить?

Блестящий выход из затруднительного положения предложил американский ученый Дж. Мак-Конелл. Видимо, он вспомнил обычай далеких предков – время от времени съедать старейших (а следовательно, и мудрейших) членов общины. Мак-Конелл, а за ним Корнинг и Джон кормили необученных планарий обученными.

Полученные результаты кому угодно могут показаться диковинными: планарии – каннибалы, поедавшие отягощенных жизненным опытом обученных сородичей, умнели, перенимая образованные навыки, а питавшиеся необученными соплеменниками по-прежнему оставались невежественными. Опыты Мак-Конелла породили в научных кругах больше насмешек и забавных анекдотов, чем новых теорий. У всех на устах были вопросы меню. Студенты поговаривали, что следует съесть своих профессоров.

Видимо, нескончаемый поток насмешек заставил Мак-Конелла провести новую серию более тщательно спланированных опытов. В этих экспериментах планарий обучали ползать в крохотном лабиринте в виде буквы Т. Одних приучали сворачивать в освещенный рукав и наказывали за забывчивость ударами электрического тока. Других – в темный коридор. Когда планарии прочно усваивали навык, ими (о черная неблагодарность!) кормили ничему не обучавшихся животных.

Как и хотелось экспериментаторам, планарии, съевшие своих собратьев, приученных к свету, предпочитали освещенные коридоры лабиринта, а съевшие приученных к темноте – чаще выбирали полумрак. Животные, отведавшие кашицы, приготовленной из разных количеств темно– и светолюбивых планарий, не приобретали каких-либо определенных склонностей. Более того, их оказалось очень трудно приучить выбирать какой-то один рукав лабиринта. Двойная информация, полученная животными вместе с пищей, мешала сделать собственное заключение о целесообразности различать коридоры по освещенности.

Опыты Мак-Конелла были повторены во многих странах, в том числе в Советском Союзе. Их результаты заставляют усомниться в большой целесообразности каннибализма. Планарии, съевшие своих собратьев, усваивали навык, но, увы, всего на три дня.