Десятилетие спустя были проведены аналогичные эксперименты на клетках в культуре, и они дали те же результаты. На этот раз для «обучения» не требовалось даже двух клеток, реакция полностью воспроизводилась при воздействии серотонином на изолированный моторный нейрон. Дальнейшее упрощение трудно придумать!
В следующей главе я гораздо подробнее остановлюсь на биохимии этих процессов в контексте моих собственных экспериментов. Сейчас я не буду вдаваться в детали, а хочу лишь подчеркнуть то, что Кэндел объясняет рефлекс, привыкание и сенситизацию, переходя к все более простым системам. Сначала он сводит сложную форму поведения интактного организма — втягивание сифона и жабры — к реакции нервной цепи, в которой в результате взаимодействия всего лишь двух клеток развивается привыкание, а потом интерпретирует электрическую (т. е. физиологическую) реакцию синапсов как каскад биохимических процессов в пресинаптическом нейроне.
Долговременная память аплизии
Если открытые Кэнделом механизмы процессов привыкания и сенситизации могут служить моделью кратковременной памяти, то какое отношение они могут иметь к долговременной памяти? Группе, работавшей с аплизией, нужно было найти у их излюбленного объекта такой процесс, который определенно можно было бы назвать долговременной памятью и попытаться изучить наподобие того, как это было с успехом сделано в случае привыкания и сенситизации. Этим объясняется повышенное внимание, которое в начале 80-х годов уделялось условнорефлекторному втягиванию сифона и жабры. Животное обучали реагировать на слабый стимул, обычно не вызывающий этой реакции, таким же образом, как на сильный, который ее уже вызывает (например, на резкое раздражение хвостовой области). Экспериментальный подход был усовершенствован в 1983 году сотрудником КэнделД Томом Кэрью [8], которому удалось смоделировать аналогичную ситуацию на «упрощенном» препарате. Безусловный раздражитель был заменен повторной активацией сенсорного нейрона, а условный — воздействием на клетку серотонина.
Ключевым признаком ассоциативного научения (в отличие от привыкания и сенситизации) служит его долговременный характер, тогда как все рассмотренные до сих пор эффекты были кратковременными. Согласно моему второму критерию, при ассоциативном научении у аплизии должны возникать более стойкие клеточные изменения, соответствующие длительной модификации поведения. Хотя еще в начале 70-х годов было показано, что ингибиторы белкового синтеза не влияют на привыкание и сенситизацию, Кэндел только в середине 80-х годов переключил свое внимание на более долговременные клеточные процессы. Хотя введение этих ингибиторов не сказывается на привыкании, они вызывают амнезию в опытах с ассоциативным научением. Поэтому последнее нельзя осуществить путем кратковременного изменения секреции медиатора; для этого необходим синтез новых белков, и исследователям нужно было идентифицировать их и выяснить их функции в клетке. В связи этим Кэндел предпринял эксперименты вроде тех, которые уже пытались провести исследователи биохимии памяти. Биохимики добавляли в культуру изолированных ганглиев или клеток радиоактивные предшественники белка и старались выявить образующиеся белковые продукты; те из них, синтез которых начинался или усиливался только при формировании следов памяти, отделяли от множества неспецифических белков. Одновременно обсуждался вопрос, каким образом кратковременные изменения в секреции таких нейромедиаторов, как серотонин, или в транспорте кальция через синаптическую мембрану могут запускать специфический синтез новых белков, необходимых для долговременного запоминания [9].
Рис. 9.3. Схема нервного аппарата классического обусловливания у аплазии. (Один кружок может представлять группу нейронов.) Безусловный раздражитель (резкое воздействие на хвостовую область) возбуждает облегчающие интернейроны, имеющие выходные синапсы на окончаниях аксонов двух других путей: от мантии и от сифона. Одновременное слабое воздействие на мантию (условный раздражитель) и сильное — на хвостовую область усиливает передачу сигнала от мантии, вследствие чего даже слабое раздражение последней вызывает теперь втягивание жабры; слабое раздражение сифона остается неусиленным и не вызывает реакции втягивания.