Научение и память: системная перспектива (стр. 2 )

Какие же закономерности можно выделить в процессах формирования и сохранения памяти, если посмотреть на них с системной точки зрения? И если не рассматривать в качестве основы таких процессов механизм увеличения синаптической проводимости в цепях связанных нейронов, как быть с огромным материалом, полученным при изучении таких механизмов? К такому материалу относятся, в частности, многочисленные работы, демонстрирующие активацию генетического аппарата клетки, изменение возбудимости и морфологические перестройки нейронов при научении. Для ответа на первый вопрос необходимо сначала сказать несколько слов о реконсолидации.

 

Реконсолидация при реактивации памяти и при научении

Еще F. Bartlett [54] предлагал полностью отбросить взгляды, в соответствии с которыми «воспроизведение из памяти» рассматривается как «повторное возбуждение неизменных «следов». В настоящее время обнаружены молекулярно-биологические закономерности реконсолидации памяти, лежащие в основе ее модификации после повторной актуализации (см., например, [137]). При формировании нового материала памяти необходим процесс синтеза белков, лежащий в основе процессов ее консолидации. Активация памяти, как и ее формирование, требует синтеза белка для реконсолидационных процессов. В связи с этим в последнее время предлагается связывать протеин-зависимые консолидационные процессы не с «новой», а шире - с «активной» памятью [117].

Представление о реконсолидационных модификациях не вступают в противоречие с приведенным выше положением о постоянстве системной специализации нейронов, которая формируется при научении. Анализ накопленного экспериментального материала позволяет K. Nader заключить, что, конечно, данные о реконсолидации «противоречит взгляду на память как лабильную только один раз». Однако он специально подчеркивает, что «реактивация консолидированной памяти не отменяет модификаций, обусловивших формирование долговременной памяти (вне зависимости от того, какие они - структурные или химические)» [116, р.467].

Реконсолидационные процессы представляют для нас особый интерес в связи с тем системным представлением о формировании памяти, которое было изложено выше. С точки зрения системно-селекционной концепции, оно представляет собой специализацию новой группы нейронов относительно вновь формируемой системы и «добавление» последней к ранее сформированным системам. Это добавление, видимо, требует взаимного согласования нового элемента и ранее сформированных и приводит к модификации последних.

Поведенческие данные, полученные в лаборатории [24], позволили ему прийти к заключению о том, что прибавление новых условных рефлексов сейчас же отзывается на состоянии прежних. В последнее время на основании данных, полученных в экспериментах с определением системной специализации нейронов при последовательном формировании разных поведенческих актов, также был сделан вывод об изменении ранее сформированной системы поведенческого акта после обучения следующему акту. В экспериментах с регистрацией нейронной активности у животных, первоначально обученных инструментальному пищедобывательному поведению, а затем в той же экспериментальной клетке алкогольдобывательному поведению, было обнаружено, что нейроны, специализированные относительно систем первого поведения, претерпевают при формировании второго модификацию и начинают вовлекаться также и в обеспечение алкогольдобывательного поведения вместе с нейронами, вновь специализировавшимися относительно этого поведения. Эта реконсолидационная модификация, претерпеваемая предсуществующей, «старой» системой при появлении связанной с ней новой системы, была названа «аккомодационной» реконсолидацией [47].

Естественно, такая позиция предполагает постановку вопроса о сходстве и различиях между реактивационной и аккомодационной реконсолидациями. Экспериментальная разработка этой проблемы имела бы большое значение для формулировки более дифференцированных представлений о формировании и функционировании памяти.

 

Консолидация с системной точки зрения

Сказанное выше, как мне представляется, означает, что при анализе формирования памяти следует учитывать не только появление ее новых элементов, но и модификацию ранее сформированных. При учете этого фактора можно предложить системное описание процесса консолидации. Консолидация с этой точки зрения включает две группы неразрывно связанных процессов.

1) Процессы системной специализации: морфологическая и функциональная модификация нейронов, связанная с их вовлечением в обеспечение вновь формируемой системы.

2) Процессы аккомодационной реконсолидации, обусловленные включением этой системы в существующую структуру памяти индивида: морфологическая и функциональная модификация нейронов, принадлежащих к ранее сформированным системам.

Обнаруживаемые во множестве нейрофизиологических, морфологических, молекулярно-биологических и других исследований модификации нейронов, сопутствующие научению, могут быть связаны как с первой, так и со второй группой процессов. Так, например, появление активаций на условный сигнал у тех нейронов, которые до сочетания условного и безусловного сигналов отвечали только на безусловный, связаны скорее всего именно с аккомодационной реконсолидацией, а не с системной специализацией (см. также [3]). То же можно сказать относительно модификаций в первичной моторной коре, в которой после обучения разным поведенческим актам выявляется преобладание нейронов, специализированных относительно «старых» систем, сформированных на ранних этапах индивидуального развития [1,6]. Именно с реорганизацией этих нейронов, видимо, связано увеличение уровня экспрессии «ранних» генов (подробнее см. ниже) при обучении крыс инструментальному нажатию на педаль лапой, обнаруживаемое в зоне проекции этой лапы в первичной моторной коре [62].

Дифференцированный подход к модификациям первой и второй группы явится существенным шагом вперед на пути к пониманию закономерностей формирования памяти.

 

В начале формирования памяти: экспрессия «ранних» генов как показатель рассогласования

Консолидация, с какой бы точки зрения ее ни рассматривать, включает морфологические изменения нейронов (см., однако, [50]), такие, например, как изменение размера синапсов, изменение их числа [53]. Начальным звеном каскада молекулярно-биологических процессов, обусловливающих морфологические модификации нейронов как в процессе морфогенеза (ранний онтогенез), так и при консолидации памяти, формируемой у взрослых индивидов, является экспрессия «ранних» генов. Активация «ранних» генов довольно кратковременный процесс (занимает около 2 часов), сменяемый второй волной экспрессии - «поздних» генов; в составе второй волны активируются морфорегуляторные молекулы, имеющие непосредственное отношение к морфологическим модификациям нейрона [9,10].

В настоящее время связь экспрессии «ранних» генов с процессами научения, которая отмечалась уже давно (см. в [9,10]), становится все более очевидной [95]. В системно-селекционной концепции научение связывается с формированием специализаций нейронов относительно формируемой системы. Логично было бы тогда ожидать, что экспрессия «ранних» генов и формирование специализаций связаны между собой. В исследованиях, проведенных нашей лабораторией совместно с отделом системогенеза НИИ нормальной физиологии им. [29], были получены данные, указывающие на то, что экспрессия «ранних» генов лежит в основе формирования специализаций нейронов в отношении вновь формируемых инструментальных поведенческих актов. В тех мозговых структурах, в которых после обучения обнаруживалось достоверно больше вновь специализированных нейронов, была соответственно достоверно более выражена и экспрессия (рис. 3; данные экспериментов и др. [29]).

 

Рис. 3. Сопоставление относительного числа Fos-положительных клеток (III) с паттернами поведенческих специализаций нейронов (IV) в цингулятной (А) и антеролатеральной (Б) коре.

I - диаграммы фронтальных срезов, обозначающие исследуемые области. II - микрофотографии фронтальных срезов, показывающие Fos-окрашенные ядра нейронов крысы, сформировавшей новое поведение; калибровка: 500 мкм. III - темный сектор – процент нейронов, экспрессирующих c-Fos; светлый сектор – не экспрессирующих c-Fos. IV - темный сектор – процент нейронов, принадлежащих к «новым» системам, сформированным при обучении крыс инструментальному акту нажатия на педаль в пищедобывательном поведении; сектор со штриховкой – процент нейронов, принадлежащих к «старым» системам, сформированным на этапах индивидуального развития, предшествующих обучению инструментальному пищедобывательному поведению; светлый сектор – нейроны, не вовлекающиеся в обеспечение данного поведения. Видно, что в цингулятной коре значительно выше, чем в антеролатеральной, как число клеток, экспрессирующих c-Fos, так и число нейронов, специализированных относительно вновь сформированной системы инструментального поведенческого акта. 

Активация «ранних» генов у взрослого индивида имеет место не только при научении, но и при голоде, стрессе, поражениях нервной системы или ишемии мозга [74,123,150]. Показано, что изменение микросреды нейронов обусловливает появление активности у ранее молчавших клеток [40] и экспрессию ранних генов [57,150]. Поэтому, имея в виду сказанное выше о детерминации активности нейрона рассогласованием между его «потребностями» и притоком метаболитов, а также аргументированную возможность рассмотреть экспрессию ранних генов как специфическое проявление активности клетки [65], возникающей в ситуации новизны [11], логично предполагать, что общим для всех перечисленных выше ситуаций, включая научение, является рассогласование. Оно возникает вследствие того, что ранее сформированные способы согласования метаболических «потребностей» нейронов оказываются неэффективными в условиях стойкого изменения микросреды нейронов.

Рассогласование является, в известном смысле, межпарадигмальной концепцией, важнейшим компонентом не только теории функциональных систем, но и других теорий. Так, отмечал «генетическое родство» биологической и информационной теории эмоций и подчеркивал, что обе они восходят к одному «идейному источнику – к концепции Павлова о несовпадении (рассогласовании) ранее сложившегося внутреннего и изменившегося внешнего динамического стереотипа» [30, c.60].

Поиск новых путей устранения рассогласования включает как модификации на уровне поведенческих адаптаций, так и молекулярно-генетические и морфологические перестройки. Очевидно, что подобные модификации имеют место как в норме, так и в патологии.

Хотя в «обыденной науке» (folk science; основанное на здравом смысле, не требующее точных определений понимание) норма и патология мыслятся как принципиально различные состояния, причем патология рассматривается как слом, разрушение нормальных отлаженных механизмов, но в собственно науке уже давно обосновано представление о том, что процессы, называемые патологическими, не являются дезорганизацией или хаосом, а лишь своеобразным, выработанным в процессе эволюции приспособлением к условиям существования; нет ни одного патологического процесса, который не имел бы своего прототипа в норме [14,19,90].

О формировании новой системы, направленной на достижение конкретного результата, как о важнейшем звене механизмов научения уже шла речь выше. Адаптационные изменения организации внутренней среды и соотношения индивида со средой внешней, возникающие в условиях патологии, могут быть также рассмотрены, как системный процесс, захватывающий весь организм и направленный на обеспечение возможности достижения положительных результатов [13,90]. Многочисленными исследованиями динамики активности мозга после локальных его повреждений показано, что в интактных структурах мозга развиваются процессы реорганизации, обусловливающие восстановление поведения, и что эти процессы сопоставимы с пластическими перестройками, имеющими место при научении в норме [46,68,158].

Так, в настоящее время накапливается все больше данных, позволяющих полагать, что между нейронными механизмами, лежащими в основе формирования долговременной памяти при обучении и в основе «долгосрочных адаптаций», возникающих при хроническом воздействии аддиктивных веществ, имеется существенное сходство [120,135]. Результаты наших исследований позволили предположить, что определенный вид «долгосрочных адаптаций», имеющих место при хроническом употреблении алкоголя, не просто сходен, но идентичен модификациям, лежащим в основе формирования нового опыта. К ним относятся перестройки нейронов, связанные с формированием новых специализаций относительно алкогольдобывательного поведения, а также с процессами аккомодационной реконсолидации преморбидных (сформированных до возникновения потребности в алкоголе) специализаций [47].

В связи с только что отмеченным сходством, а также при учете сходства молекулярно-биологических механизмов, лежащих в основе созревания и научения, не удивительно, что реювенилизация - активация у взрослого процессов, характерных для созревания мозга в раннем онтогенезе, - имеет место не только при научении в норме, но и при восстановлении после поражений мозга [69]. Для целей дальнейшего обсуждения важно подчеркнуть, что к механизмам, реактивируемым в условиях патологии у взрослого, относят и апоптотическую гибель клеток: физиологический апоптоз в развивающемся мозге и патологический апоптоз во взрослом мозге имеют сходные молекулярные механизмы [164].

Нейрон, как отмечалось, может обеспечить «потребности» своего метаболизма, объединяясь с другими элементами организма в функциональную систему, извлекаемую из памяти. Достижение результата системы устраняет рассогласование между «потребностями» и микросредой нейронов. Подобная динамика характеризует ситуацию дефинитивного поведения. Ситуация научения в норме и восстановления в патологии (например, после инсультов, травматических и т. п. поражений мозга) специфична тем, что проблему согласования «потребностей» нельзя решить с использованием имеющихся у индивида способов согласования (т. е. в рамках имеющегося у индивида опыта). Рассогласование в данной ситуации отличается от того, которое имеет место в дефинитивном поведении: оно устраняется поиском и фиксацией в памяти новых вариантов объединения элементов, развертыванием процессов системогенеза (рис. 2).

Таким образом, имея в виду научение и слегка перефразируя утверждение Сократа, можно резюмировать содержание данного раздела следующим образом: рассогласование есть начало всей мудрости.

 

От рассогласования через согласование к консолидации

В случае если процессы системогенеза протекают успешно, как уже отмечалось, формируются новые системы, устанавливаются и консолидируются новые межнейронные отношения, обеспечиваемые, в том числе, морфологическими перестройками (в основе которых - активация генетического аппарата) и обеспечивающие удовлетворение метаболических «потребностей» нейронов, а, следовательно, и их выживание.

Как выглядит поиск путей согласования метаболизмов клеток в процессе обучения при анализе «внешнего» поведения или электрической (суммарной и импульсной) активности мозга? На уровне поведения, если это не особый случай обучения с одной реализации, могут быть отмечены ориентировочно-исследовательское поведение, пробы, не приводящие к достижению полезного результата, а затем завершающиеся его достижением. Однако даже достижения результата не означают, что процессы научения завершены. Анализ актограмм, числа ошибок и пр. демонстрирует динамику. Через некоторое время, разное для разных видов поведения, показатели поведения стабилизируется. Следует заметить, что впечатление стабилизации пропадает, если рассматривать поведение под большим «увеличением». Каждый новый акт – не просто повторное извлечение из памяти, а созидание. Поведенческие акты обнаруживают направленную динамику (совершенствуются) в течение тысяч реализаций [92]. Изменчивость поведения при повторных реализациях может быть исследована и на нейронном уровне [8].

Что касается суммарной активности мозга, регистрируемой у человека, показано, что она претерпевает изменения не только в процессе обучения навыку, но и через часы (и дни) после того, как по поведенческому критерию испытуемый уже обучился [102,142]. Иначе говоря, скажем, через 30 минут и через 5 часов с момента начала реализации только что выученного поведения, активность мозга существенно различается, несмотря на то, что результативность поведения в процессе реализации существенно не меняется. В экспериментах на животных также было показано, что как характеристики активаций нейронов, так и число активирующихся клеток меняются от первых реализаций поведения в течение последующих часов и дней [39,64,81,86,95,96,99,111,119,131,140]. Число клеток изменяется нелинейно. Направленность изменения зависит, по-видимому, от характера формируемого поведения, структуры, в которой регистрируется активность нейронов, и этапа, на котором регистрация производится.

Данные, полученные [28], показывают, что число клеток мозга, в которых наблюдается экспрессия ранних генов, во много раз превышает число нейронов данной области, у которых обнаруживается специализация относительно системы формируемого поведения. Мы предполагаем, что часть из множества генетически активированных клеток – это нейроны, специализированные относительно систем ранее сформированных актов, и экспрессия в них отражает начало процесса аккомодационной реконсолидации. Большинство же этих клеток являются преспециализированными, и их генетическая активация является предпосылкой перехода клеток в состояние готовности для селекции в процессе проб. Именно в процессе проб из активированных (как генетически, так, вероятно, и импульсно) клеток отбираются те, которые перейдут далее в разряд специализированных относительно формируемой системы.

 Отражением протекания описанной селекции и изменений, происходящих в нейронном обеспечении вновь сформированного поведения, является обнаруженное в наших пилотажных экспериментах ( и др.) изменение вариативности связи нейронов цингулятной коры крыс с новым поведением. Отмечена тенденция к увеличению числа нейронов, у которых активация появлялась в 100% случаев (т. е. при каждой реализации специфического для данной клетки акта) при сравнении совокупностей нейронов, активирующихся в инструментальном пищедобывательном поведении в течение первых дней и через 7-15 дней после завершения обучения. По-видимому, это изменение активности, уменьшение ее вариативности по мере консолидации памяти, может быть связано с завершением селекции и стабилизацией состава нейронов, вовлекающихся во вновь сформированное поведение. Полученные результаты мы рассматриваем как предварительные, но они согласуются с результатами экспериментов других авторов. Ranganath C. и Rainer G. [131] описывают данные, полученные при регистрации активности нейронов префронтальной коры у обезьян, которым предъявляли новые и знакомые объекты. Хотя предъявление нового объекта вызывает активации у большего числа нейронов, чем предъявление знакомого объекта, но в последнем случае активации существенно более четкие.

Однако данные литературы не позволяют свести объяснение изменения состава активирующихся нейронов только к описанной селекции. Например, не исключено, что некоторые нейроны могут активироваться на начальной стадии обучения, затем прекратить активность, а затем вновь начать разряжаться [95]. В то же время показано, что часть клеток начинают активироваться на сравнительно поздних этапах обучения, лишь в период стабилизации поведения (см., например, [161]), в то время как другие клетки, и это особенно важно для настоящего анализа, активируются лишь на начальных стадиях обучения, а когда поведение стабилизируется, их активность прекращается и больше не возникает [161,144]. Одно из возможных и, как мне кажется, вполне правдоподобное объяснение этого феномена сводится к следующему.

Более 30 лет назад J. B. Ranck [130] описал в гиппокампе группу клеток, которые активировались лишь в ситуации, когда в среде, к которой животное было адаптировано, происходили изменения: появление нового объекта или исчезновение привычного. В других областях мозга также были описаны нейроны, активации которых оказывались специфически связанными с ситуацией новизны. К структурам, особенно чувствительными к упомянутой ситуации, кроме уже названного гиппокампа, относят зрительную, энторинальную, нижнюю височную, префронтальную, цингулятную, моторную и премоторную области коры, миндалину и др. [131].

 Сопоставляя эти наблюдения с только что упомянутыми данными о существовании нейронов, активирующихся лишь в начале обучения (ситуация новизны), можно предположить, что первые пробные акты осуществляются за счет коактивации переменных составов преспециализированных нейронов и нейронов, которые пока условно назовем нейронами «новизны». Именно их коактивация обеспечивает как совершение проб, так и достижение при обучении первых положительных результатов. После стабилизации поведения нейроны «новизны» прекращают активность. Это означает серьезную реорганизацию структуры актуализируемой памяти и, возможно, инициирует следующую, дополнительную волну селекции.

В рамках традиционного подхода можно было бы говорить о том, что роль этих нейронов – обеспечить внимание, повысить уровень бодрствования и пр. и тем самым воздействовать на обучающиеся нейронные сети. Однако с позиций последовательного системного подхода такие и им подобные объяснения не могут быть приняты.

Как было отмечено выше, поведение осуществляется за счет реализации множества систем. При этом активация нейрона – показатель того, что в данном поведении актуализирована система, к которой он принадлежит. С этих позиций «новизна» - это не описание специализации нейронов, а лишь феноменологическое описание свойств их активности (ничем, правда, не худшее, чем огромное множество других: сенсорные нейроны, моторные нейроны, нейроны места, нейроны сознания и пр.). Системное же описание требует указания систем, сформированных для достижения определенного результата, к которым данные нейроны принадлежат.

считал окончательно доказанным существование у животных исследовательского поведения, которое побуждается «самостоятельной потребностью» в обеспечении контакта с объектами, «прагматическое значение» которых не выяснено [31]. Для достижения каких результатов формируются системы упомянутого поведения?

Память может быть разделена на домены. [37] подчеркивал, что то, элементы какого именно домена памяти будут актуализированы индивидом в поведении, определяется как мотивацией, так и тем, в какой среде он находится. Наиболее глобальное разделение доменов подразумевает противопоставление памяти, сформированной для осуществления поведений «приближения» и «избегания» («approach» и «withdrawal» [138]; см. подробнее в [44,56]).

Когда индивид попадает в незнакомую ситуацию, ситуацию с элементами неопределенности, первоочередной задачей является достижение следующего результата: отнесение ситуации к тем, которые позволяют совершать одно из поведений группы «приближения», или предполагают поведение «избегания». Это означает возможность или необходимость актуализации элементов памяти того или другого домена. Достижение упомянутого результата позволяет перейти к осуществлению поведения, направленного на достижение следующего результата в поведенческом континууме. Каков будет этот следующий результат, определяется и тем, какова мотивация индивида, и тем, каков результат исследовательского поведения, т. е. тем, элементы какого домена могут быть актуализированы. Можно полагать, что необходимость решения подобных задач существует и при устранении неопределенности, осуществляемой как выбор «внутри» упомянутых больших доменов, т. е. выбор между субдоменами. Нельзя исключить, что авторы классифицируют как «исследовательское» также и то поведение, реализуемое индивидом, которое в сходной, с точки зрения индивида, ситуации (first person perspective), приводило ранее к достижению полезного результата. Каков был этот результат, может быть неизвестно наблюдателю. Вероятно, по крайней мере, часть из нейронов, активирующихся лишь на начальных этапах процесса формирования памяти, принадлежат к системам исследовательского поведения, актуализируемым в процессе обучения вместе с создаваемыми системами нового поведения.

По-видимому, динамику описанных в настоящем разделе процессов возникновения рассогласования и его устранения за счет установления новых межклеточных отношений и нового соотношения организма и среды характеризует и феномен долговременной потенциации (ДП; LTP). Однако для того, чтобы обосновать возможную системную трактовку этого феномена, необходимо прежде остановиться на описании ситуации затянутого рассогласования.

 

Элиминация нейронов как «альтруистичный суицид»

Если рассогласование между «потребностями» нейронов и их микросредой не устранено, нейроны гиперактивны, экспрессия «ранних» генов затягивается: одна волна экспрессии сменяет другую. В этих случаях в нейронах могут экспрессироваться так называемые гены «смерти», активация которых ведет к гибели нервных клеток (рис. 2). Существующие экспериментальные данные рассматриваются как серьезный аргумент в пользу утверждения о связи между затянутой экспрессией «ранних» генов и программируемой смертью нейронов. Напротив, сравнительно краткосрочная экспрессия возникает у нейронов, которые выживают [141].

Итак, при наличии у организма опыта удовлетворения данных «потребностей» в данной ситуации, избирательно активируется память, имеющая отношение к удовлетворению данного набора «потребностей», и возникает импульсная активность нейронов, специализированных относительно актуализируемых элементов памяти - систем. Эта активность и есть нейронные основы реализации поведения. Достижение результата поведения на уровне соотношения целостного индивида и среды прекращает поведение, направленное на достижение этого результата, а на уровне отдельного нейрона оно выступает как устранение рассогласования между «потребностями» нейрона и микросредой.

В случае же отсутствия подобного опыта, когда повторные импульсации коактивированных нейронов не приводят к достижению результата, возникает экспрессия «ранних» генов. Эта экспрессия может быть рассмотрена как предпосылка для активации других транскрипционных компонентов – основы принимаемого клеткой «решения жить или умирать» [108, p.2736].

Следовательно, в случае возникновения рассогласования между «потребностями» нейрона и его микросредой и при невозможности устранить рассогласование в рамках имеющегося опыта, как в норме (в раннем онтогенезе и у взрослого), так и в патологии у него имеется, образно говоря, следующая альтернатива: измениться, вовлекаясь в системогенез (формирование новой системы, затем консолидируемой) или умереть (рис. 2). Вовлечение может носить характер системной специализации или аккомодационной реконсолидации (см. выше).

Излагаемые здесь соображения, в основе которых – представление об активности нейрона как детерминированной «потребностями» в метаболитах, согласуются с данным о том, что программируемая клеточная смерть запускается в условиях отсутствия соответствующих «факторов выживания» [132,164]. В то же время упомянутые представления не предполагают, что какое-то вещество всегда и при любых условиях производит одинаковый эффект. Напротив, ясно, что этот эффект должен зависеть от текущих «потребностей» клетки. Одно и то же вещество может как удовлетворить их в одном состоянии, так и привести к рассогласованию, если «потребности» изменились. Неудивительно поэтому, что трофические факторы, рассматриваемые как сигнал выживания, в определенном состоянии клетки могут превращаться в сигнал рассогласования и запускать программу клеточной смерти [164].

В рамках излагаемых представлений множественные повторные волны экспрессии «ранних» генов на начальных стадиях онтогенеза [118] возможно связать как с интенсивным морфогенезом и формированием все новых поведенческих актов (у многих животных за первые недели постнатального онтогенеза формируется больше половины актов всего поведенческого репертуара; см. в. [3]), так и с гибелью в этот период множества нервных клеток [118] (см. рис. 2).

Второй вариант развития событий, составляющих альтернативу «измениться или умереть», - смерть клеток - часто имеет место при созревании, а также в условиях патологии, при кардинальных изменениях микросреды клеток, в условиях, в которых оказывается невозможно использовать имеющийся у индивида опыт согласования метаболизмов клеток организма. Но не только в патологии и при созревании. Имеются данные, свидетельствующие в пользу апоптоза в мозгу здоровых взрослых индивидов, а также в пользу большого значения апоптоза нейронов нервной системы взрослого для функционирования целого организма [66,75,97,118,109,148].

Эти данные при учете представления о том, что системогенетические закономерности являются общим принципом реализации процессов созревания, научения на любом этапе онтогенеза, адаптации и восстановления в патологии, позволяют предположить, что упомянутая альтернатива существует и в норме. И что элиминация нейронов как один из исходов нейроселекции в раннем онтогенезе, значение которой для формирования поведенческого репертуара не вызывает сомнений, вносит вклад и в системогенез у взрослого (рис. 2; Знак вопроса на схеме у слова «смерть» обозначает гипотетичность представления о смерти нейронов как факторе системогенеза.).

Следовательно, формулируемая позиция сводится не к альтернативе «системогенез или смерть», а, коротко говоря, к двум взаимосвязанным путям обеспечения системогенеза: модификация нейрона или его гибель. Блокирование любого из них нарушает системогенетические процессы. Таким образом, здесь подчеркивается именно позитивный, в общеорганизменном плане, аспект гибели нейронов.

Фатальный для отдельных клеток исход - гибель – можно представить себе в качестве неизбежной платы за возможность осуществления успешного системогенеза на протяжении всего индивидуального развития. Неизбежной по крайней мере, в тех случаях, когда метаболические «потребности» каких-либо клеток вступают в неустранимое противоречие с новыми способами согласования «потребностей» клеток индивида. Формирование этих способов диктуется необходимостью соответствовать изменившимся условиям внешней и/или внутренней среды и выражается в образовании новых систем и изменении межсистемных отношений.

Можно предположить также, что особенно выраженное нарастание частоты смерти нейронов обнаружится при таком обучении, когда индивид долго не способен решить сравнительно сложную проблему, в частности, когда индивид оказывается в «неизбегательной» ситуации, что в субъективном плане может выражаться в депрессивном состоянии.

Выше представление об активном нейроне было противопоставлено представлению о нейроне реактивном. Здесь я хотел бы подчеркнуть, что принцип активности распространяется на весь период и на все аспекты существования нейрона, включая и процессы, связанные с реализацией альтернативы: измениться или умереть. Данная позиция находится в соответствии с точкой зрения о том, что каждый из этапов элиминации клетки является активным [132] и что, по существу, элиминация является суицидом [109,164].

Можно добавить, что этот суицид альтруистичен. В том смысле, что клетка включает программу самоэлиминации для того, чтобы таким образом устранить метаболическое противоречие, которое неустранимо другим путем, и обеспечить успешную адаптацию индивида к изменившимся условиям. А значит, обеспечить выживание других клеток, принадлежащих к тому же клону.

Ранее другими авторами уже приводились аргументы в пользу существования «альтруистичного клеточного суицида» в нервной системе: при инфицировании нейротропным вирусом. Альтруистичный суицид рассматривается как стратегия мультиклеточного организма, ограничивающего размножение вируса путем самоуничтожения инфицированных клеток [49].

У альтруизма клеток многоклеточного организма имеются эволюционные предпосылки. Описана альтруистическая гибель у одноклеточных (амебы Dictyostelium discoideum), которые приносят себя в жертву другим клеткам своего клона (чужого – менее охотно), обеспечивая существование временно формирующегося многоклеточного образования за счет формирования нежизнеспособного стержня, вокруг которого организуется колония. Остальные (около 80 %) клетки превращаются в жизнеспособные споры, составляющие это образование [151].

 

Долговременная потенциация: полезный артефакт?

Начну этот раздел с формулировки, отражающей мое понимание феномена ДП, а затем приведу аргументы в пользу этого понимания, рассмотрев ДП с позиций системного подхода: ДП – артефакт, который по не предусмотренным его исследователями причинам может иметь отношение к механизмам научения и памяти.

Долговременная потенциация синаптической эффективности (LTP) в результате тетанического раздражения проводящих путей в гиппокампе считается претендентом на роль физиологического механизма долговременной памяти и рассматривается в качестве экспериментальной модели пластичности, зависимой от активности. В ряде исследований, (см., например, [17,91,104,107,114]), показано, что ДП возникает не только в гиппокампе, но и в корковых структурах, не только при исследовании препаратов, но и у бодрствующих свободно подвижных животных.

В той области знания, которая является предметом анализа в настоящем сообщении, исследования ДП рассматриваются в течение ряда лет как наиболее важные и приоритетные. И это не только потому, что данный феномен хорошо укладывается в традиционную схему, описывающую формирование памяти как повышение синаптической эффективности в рефлекторных дугах. J. W. Lichtman и J. R. Sanes [110] отмечают существование также и факторов, которые они называют «социологическими». «Главной наградой для многих ученых является публикация в журналах с наиболее высоким [импакт фактором], – пишут авторы - [и ДП] как раз та область исследований, которая используется этими журналами, чтобы протрубить о новых данных». Однако далее они отмечают, что «пока будет существовать именно такая награда, до тех пор она будет порождать скорее поддержание дискуссий, но не решение проблемы», инициируя бесконечное обсуждение того, что « [природа] ДП – пресинаптическая; [природа] ДП – постсинаптическая; нет, пресинаптическая; нет, постсинаптическая; эта киназа вовлечена; та киназа вовлечена...» [110, p.928]. К упомянутым факторам можно добавить еще и следующий: «поддержание интереса к ДП, несмотря на раздражающую критику со стороны некоторых исследователей, которую изучающие ДП обычно приписывают зависти, [объясняется] отсутствием другой [лучшей] игрушки» [112, p.923]

С системной позиции феномен ДП может быть рассмотрен как электрофизиологическое описание процесса рассогласования. Действительно, исходя из системной концепции детерминации активности нейрона (см. выше), он не реагирует на входную импульсацию, а активируется, подготавливая будущий приток и подготавливаясь к нему. Можно полагать поэтому, что «незапланированный», «неожиданный» приток вызовет рассогласование и, следовательно, активность нейрона, направленную на устранение этого рассогласования. Если так, то, по-видимому, искусственная тетаническая электростимуляция служит мощным фактором рассогласования. И повышенная активность клетки, сохраняющаяся при тестировании – отражение данного рассогласования. Поэтому логично думать, что ДП, полученная в подобных условиях, имеет артефактную природу.