Кандел и его коллеги смогли раскрыть несколько секретов, связанных с памятью на клеточном уровне. Теперь же они захотели пойти глубже и изучить молекулярные процессы, происходящие внутри клеток. Как позднее вспоминал Кандел, исследователи «ступали на совершенно неизведанную территорию». Сначала они изучили молекулярные изменения, возникающие в синапсах при формировании краткосрочных воспоминаний. Они обнаружили, что этот процесс не ограничивается передачей нейромедиатора (в данном случае глутамата) от одного нейрона к другому. В процесс вовлекались и другие клетки, под названием промежуточные нейроны (интернейроны). Промежуточные нейроны производят нейромедиатор серотонин, служащий для тонкой настройки синаптической связи и модулирующий количество глутамата, выпущенного в синапс. Работая с биохимиками Джеймсом Шварцем и Полем Грингардом, Кандел открыл, что тонкая настройка возникает с помощью серии молекулярных сигналов. Серотонин, выпускаемый промежуточным нейроном, присоединяется к рецептору на мембране пресинапти- ческого нейрона - нейрона, несущего электрический импульс, что приводит к химической реакции, в результате которой нейрон производит молекулу под названием циклический АМФ25. Циклический АМФ, в свою очередь, активизирует белок под названием протеинкиназа А, каталитический фермент, заставляющий клетки выпустить ещё больше глутамата в синапс, тем самым усиливая синаптическую связь, продлевая электрическую деятельность в связанных нейронах и позволяя мозгу активировать краткосрочную память на несколько секунд или минут.
Следующая задача, стоявшая перед Канделом, заключалась в том, чтобы вычислить, сколько времени потребуется краткосрочным воспоминаниям для того, чтобы превратиться в постоянные долгосрочные воспоминания. Какова же молекулярная природа процесса консолидации? Поиски ответа на этот вопрос заставили Кандела погрузиться в мир генетики.
В 1983 году престижный и прекрасно финансируемый Медицинский институт Говарда Хьюза попросил Кандела, вместе со Шварцем и неврологом из Колумбийского университета Ричардом Акселом, возглавить группу по изучению молекулярной деятельности, работавшую в Колумбийском университете. Группе удалось добыть нейроны у личинок аплизии и использовать их для выращивания (в качестве тканевой культуры в лабораторных условиях) нейронной цепи, включавшей в себя пресинаптический нейрон, постсинаптический нейрон, а также синапс между ними. Для имитации действия модулирующих промежуточных нейронов учёные впрыснули в культуру дозу серотонина. Как и ожидалось, доза серотонина, соответствующая одному акту научения, привела к выбросу глутамата, в результате которого произошло временное усиление характеристик синапса, связанных с краткосрочным запоминанием. Впрыскивание же, независимо друг от друга, пяти доз серотонина смогло усилить существующий синапс на несколько дней, а также подстегнуло формирование новых синаптических терминалей - то есть привело к изменениям, сопутствующим формированию долгосрочных воспоминаний.
После нескольких инъекций серотонина происходит следующее: фермент протеинкиназа А вместе с другим ферментом, называемым МАР26, перемещается из внешней цитоплазмы нейрона в его ядро. Там протеинкиназа А активизирует белок под называнием CREB-1. Он, в свою очередь, активизирует деятельность набора генов, синтезирующих белки, необходимые нейрону для строительства новых синаптических терминалей. В то же самое время МАР активизирует другой белок, CREB-2, который «выключает» набор генов, подавляющих рост новых терминалей. С помощью сложного химического процесса «маркировки» клеток изменения в синапсе ограничиваются определёнными областями на поверхности нейрона и происходят в течение достаточно длительного времени. Благодаря этому сложному процессу, включающему множество химических и генетических сигналов и изменений, синапсы приобретают способность удерживать воспоминания на протяжении нескольких дней или даже лет. «Именно рост и поддержание деятельности новых синаптических терминалей, - пишет Кандел, - позволяет воспоминаниям сохраняться». Этот процесс также позволяет понять кое-что важное относительно того, каким образом благодаря пластичности мозга наш опыт постепенно позволяет сформироваться типичному поведению и личной идентичности: «Тот факт, что для формирования долгосрочного воспоминания должен включиться определённый ген, чётко показывает, что гены не просто определяют наше поведение, но и отвечают на стимуляцию со стороны внешней среды, например, на обучение».
* * *
Можно смело сказать, что умственная деятельность моллюска не представляет для человека большого интереса. Кандел и его команда занимались изучением сравнительно простых цепей, связанных с памятью, а точнее, тем, что физиологи называют «неявными» воспоминаниями - бессознательными воспоминаниями о событиях прошлого, которые автоматически вспоминаются при выполнении рефлексивного действия или повторении приобретённого прежде навыка. Когда мы раз за разом касаемся жабр моллюска, у него пробуждаются неявные воспоминания. Неявные воспоминания активируются у человека, играющего с баскетбольным мячиком или едущего на велосипеде. Как объяснял Кандел, неявные воспоминания «приходят к нам непосредственно в процессе действия, без каких-либо сознательных усилий или даже незаметно для нас».
Говоря о воспоминаниях, мы обычно имеем в виду «явные» - то есть воспоминания о конкретных людях, событиях, фактах, идеях, чувствах и впечатлениях, которые мы можем перенести в рабочую память нашего сознательного мышления. Явная память содержит в себе всё, что мы, по собственным словам, «помним» о нашем прошлом. Кандел называл явную память «комплексной» - и на это у него были свои причины. Долгосрочное хранение явных воспоминаний связано со всеми биохимическими и молекулярными процессами «синаптической консолидации», происходящими при сохранении неявных воспоминаний. Но помимо этого в данном случае возникает и вторая форма консолидации, называемая системной. Она требует согласованных действий между зонами мозга, достаточно сильно удалёнными друг от друга. Учёные лишь недавно начали документировать правила системной консолидации, а многие из их открытий до сих пор остаются не вполне подтверждёнными. Ясно, однако, что консолидация явных воспоминаний включает в себя длительное и активное «общение» между корой головного мозга и гиппокампом.
Гиппокамп - небольшая и одна из древнейших зон нашего мозга, находится под его корой и глубоко скрыта в медиальной височной доле. Она отвечает за нашу пространственную ориентацию - именно в ней лондонские таксисты хранили свои ментальные карты городских дорог. Но помимо этого гиппокамп играет важную роль в формировании и управлении явными воспоминаниями. Большую роль в открытии связи гиппокампа с хранением воспоминаний сыграл несчастный человек по имени Генри Молейсон. Молейсон, родившийся в 1926 году, страдал эпилепсией, развившейся после серьёзной травмы головы, полученной ещё в юности. Во взрослом возрасте он всё сильнее мучился от изнурительных тонико-клонических судорожных приступов. Постепенно выяснилось, что источник его страданий находится в области гиппокампа. В 1953 году врачи удалили значительную часть его гиппокампа и некоторые фрагменты медиальной височной доли. Операция позволила Молейсону излечиться от эпилепсии, однако оказала крайне странное воздействие на его память. Его неявные воспоминания остались нетронутыми, равно как и более старые явные воспоминания. Он мог во всех деталях вспомнить события детства. Однако многие из недавних явных воспоминаний (например, несколько лет до операции) полностью стёрлись из его памяти. Кроме того, он утратил способность формировать новые явные воспоминания. События, происходившие с ним, забывались через несколько мгновений.