Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга

12. Zola-Morgan SM, Squire LR (1990). The primate hippocampal formation: Evidence for a time-limited role in memory storage, Science 250 (4978): 288–290.
13. Eichenbaum H (2004). Hippocampus: Cognitive processes and neural representations that underlie declarative memory, Neuron 44 (1): 109–120. См. также Frankland PW et al. (2004). The involvement of the anterior cingulate cortex in remote contextual fear memory, Science 304 (5672): 881–883.
14. Pasupathy A, Miller EK (2005). Different time courses of learning-related activity in the prefrontal cortex and striatum, Nature 433 (7028): 873–876. См. также Ravel S, Richmond BJ (2005). Where did the time go? Nat Neurosci 8 (6): 705–707.
15. Lisman J et al. (2018). Memory formation depends on both synapse-specific modifications of synaptic strength and cell-specific increases in excitability, Nat Neurosci 12: 1; Martin SJ, Grimwood PD, Morris RG (2000). Synaptic plasticity and memory: An evaluation of the hypothesis, Annu Rev Neurosci 23: 649–711; Shors TJ, Matzel LD (1997). Long-term potentiation: What’s learning got to do with it? Behav Brain Sci 20 (4): 597–655. Что касается LTP и LTD, нам еще многое неизвестно о том, каким образом внутриклеточный контекст определяет характер изменения синапса: не все синапсы ведут себя одинаково. На первых порах ученые надеялись, что исход будет определяться особенностями протокола стимуляции синапсов: высокая частота импульсов будет усиливать синапс, низкая, наоборот, ослаблять. Но в экспериментах неоднократно обнаруживалось, что при подаче «правильного» стимула клетка, вопреки ожиданиям, не угнетается, и некоторые исследователи предпочитали отбрасывать эти данные на том основании, что она «больна». Более трезвый анализ экспериментальных данных выявил, что в клетках есть другие факторы, влияющие на изменения в синапсах; большинство из них еще предстоит установить. См. Perrett SP et al. (2001). LTD induction in adult visual cortex: Role of stimulus timing and inhibition, J Neurosci 21 (7): 2308–2319.
16. Draganski B et al. (2004). Neuroplasticity: Changes in grey matter induced by training, Nature 427 (6972): 311–312.
17. Например, новые ветвления аксонов или дендритов, рождение новых глиальных клеток или нейронов.
18. Boldrini M et al. (2018). Human hippocampal neurogenesis persists throughout aging, Cell Stem Cell 22 (4): 589–599; Gould et al. (1999). Neurogenesis in the neocortex of adult primates, Science 286 (5439): 548–552; Eriksson et al. (1998). Neurogenesis in the adult human hippocampus, Nat Med 4 (11): 1313.
С 1960-х годов бытовало твердое мнение, что млекопитающие рождаются с закрепленным числом нейронов: их количество с возрастом может уменьшаться, но никогда и ни при каких условиях не увеличивается. Однако благодаря повышению чувствительности техники мы теперь знаем, что гиппокамп ежедневно тысячами производит новые нейроны у всех млекопитающих, от мышей до человека. Открытие нейрогенеза привело ученых в изумление только из-за этой давней ошибки; в самом деле, растут же клетки в любой части организма, к тому же давно известно, что мозг пернатых способен к образованию новых нейронов. В сущности, птицы отращивают новые нейроны всякий раз, когда заучивают новую трель: см. Nottebohm F (2002). Neuronal replacement in adult brain, Brain Res Bull 57 (6): 737–749. В качестве любопытного исторического факта упомяну, что ученые давно подозревали наличие нейрогенеза у млекопитающих, только закрывали на это глаза: см. Altman J (1962). Are new neurons formed in the brains of adult mammals? Science 135 (3509): 1127–1128.
19. Gould E et al. (1999). Learning enhances adult neurogenesis in the adult hippocampal formation, Nat Neurosci 2: 260–265. Так почему же эти чужаки не разрушают уже сформированные воспоминания? Если новые клетки втираются в кортикальную ткань и при этом не портят старых воспоминаний, значит, в нынешней парадигме коннектома (полное описание структуры связей в нервной системе организма) пора кое-что подправить. Одно из предположений состоит в том, что синапсы — вероятно в силу обновления составляющих их молекул — не могут служить надежным хранилищем для выученной долговременной информации (Nottebohm (2002); Bailey, Kandel (1993)). Напротив, для окончательных биофизических изменений требуется совсем новенький нейрон. В этой дискуссионной системе координат сохранение воспоминания предусматривает активацию набора генов, которые ведут к дифференциации клеток. Ее необратимость и есть, видимо, то, что нужно для хранения долговременной памяти в течение более длительного периода. Подчеркиваю, что считаю данную гипотезу не более чем дискуссионной главным образом потому, что нам еще многое предстоит понять в нейрогенезе. Какие нейроны ликвидируются (случайные или с ошибками), каково их конкретное место в нейронных цепочках, для чего они предназначены? Иными словами, требуются эксперименты для проверки, действительно ли процесс обучения побуждает определенные нейроны брать на себя роль хранилищ для долговременной памяти — и при этом необратимо подавляет их способность приобретать новую информацию? Важно провести такие эксперименты на животных, чей образ жизни более или менее приближен к естественному: как утверждают, причина, по которой ранние исследования приматов не выявили нейрогенеза (Rakic P (1985). Limits of neurogenesis in primates, Science 227 (4690)), в том, что лабораторные обезьяны содержатся в клетках и обделены естественными стимулами. Теперь нам известно, что критическую роль для нейрогенеза играют стимулирующая среда и упражнения, — именно этого нам следовало бы ожидать в теории: чем больше воспоминаний закладывается в систему, тем больше требуется очень долговременных хранилищ.
20. Levenson JM, Sweatt JD (2005). Epigenetic mechanisms in memory formation, Nat Rev Neurosci 6 (2): 108–118. В другом примере эпигенетическая маркировка генома происходит во время закрепления в долговременной памяти условно-рефлекторного замирания. В пугающих условиях болевой раздражитель и место действия объединяются в пару. Такое сочетание влечет за собой изменение белков, вокруг которых раскручивается и скручивается ДНК. Изменение экспрессии генов, в сущности, может приводить к чему угодно, в том числе к усилению синаптической функции, возбудимости нейрона и паттернам экспрессии рецепторов. В сравнении с контекстуальным обусловливанием страха другая форма долговременной памяти, латентное торможение, ведет к изменениям другого гистона, и это указывает на возможность существования еще не открытого гистонового кода, в котором конкретные типы воспоминаний связаны с конкретными паттернами модификации гистона.
21. Weaver ICG et al. (2004). Epigenetic programming by maternal behavior, Nat Neurosci 7 (8): 847. Эпигенетика изучает изменения ДНК и белков вокруг них, которые обеспечивают изменения в паттернах экспрессии генов в течение жизни. Перемены происходят из-за взаимодействия между геномом и окружающей средой. Данные изменения не кодируются собственно в последовательности ДНК; это позволяет генотипически идентичным клеткам проявлять фенотипическую индивидуальность.
22. Brand S (1999). The Clock of the Long Now: Time and Responsibility (New York: Basic Books). Идея выделить в цивилизации различные слои на основании темпов их жизни имеет свою предысторию. Все началось с того, что в 1996 году Стюарт Бранд и Брайан Ино построили в студии последнего диаграмму здоровой цивилизации. Но еще раньше, в 1970-е годы, архитектор Фрэнк Даффи придумал условно выделять в коммерческом здании четыре слоя, которые развиваются каждый в своем временном масштабе: комплект (например, расположение мебели, которую можно часто менять), декорации (интерьер, планировка перегородок, которые раз в 5–7 лет меняют или переносят), услуги (скажем, арендующие здание бизнесы, которые меняются где-то раз в 15 лет) и оболочку (собственно здание, которое может простоять много десятков лет).