Полушария мозга, покрытые корой, являются далеко не единственным отделом головного мозга. Нельзя сказать, что функции остальных отделов сводятся только к проведению сигналов из органов в кору. Например, свои, особые обязанности имеются у мозжечка (объединение команд коры в реальные двигательные схемы). Они есть у промежуточного мозга (регулирование активности гипофиза и эпифиза) и у ретикулярной формации в среднем мозге. Мы можем не сомневаться: эти функции важны для жизнедеятельности тела настолько, что при отказе любой из них нам их будет очень, очень не хватать. Однако ни один из этих отделов неспособен заменить работу коры вообще.
Кора — это формация особая. Ее нейроны связаны между собой сетью отростков (дендритов и аксонов) значительно плотнее, чем на других участках нервной ткани. На всех участках ЦНС сигнал передается фактически лишь в двух направлениях — из точки раздражения в кору и из коры обратно, в точку раздражения. Разумеется, с неизбежным, как бы побочным эффектом иррадиации, свойственным нервной ткани просто в силу ее высокой чувствительности. Однако путь каждого поступившего в кору сигнала предсказать или проследить уже невозможно. Ведь он десятки и сотни раз будет рассылаться в несколько различных центров сразу, возвращаться, затрагивать другие центры… И так — пока не будет найден подходящий для данного случая ответ.
Что такое память и как она образуется
С устройством головного мозга мы уже более или менее знакомы, и у нас появилось даже приблизительное представление о том, как работает кора его полушарий. Однако мышление, конечно, вещь хорошая, но самые успешные его варианты основываются не столько на творчестве, сколько на памяти. То есть на сравнении задачи, заданной коре сейчас, с задачами, которые были заданы ей ранее, и ответами, которые она на них нашла. Можно, конечно, каждый раз искать ответ заново… Но куда проще слегка модифицировать или обработать уже существующий, верно? Верно. А для сохранения информации об уже имевших место ситуациях головной мозг должен уметь их запоминать.
Синапсы как часть процесса запоминания
Если мы заглянем в учебник, то прочтем в нем, что запоминание является процессом образования долговременных или кратковременных синаптических связей в коре головного мозга. Признаемся себе честно: эта фраза нам пока ни о чем не говорит. Ведь до сих пор мы знали лишь слово «синоптический», а букву «а» в нем поначалу приняли вообще за опечатку… Ну, если мы попытаемся читать дальше, нам вскоре станет понятно, что слово «синаптический» происходит от «синапс». Что это за новая штука — синапс? Сейчас разберемся.
В сущности, мы уже с ним знакомы — просто до сих пор не называли его, так сказать, по имени. Синапс — это мостик химической реакции, образующийся в том месте, где электрический импульс передался от одного нейрона другому. Проще говоря, нервная ткань как бы сохраняет на некоторое время путь, по которому передался основной сигнал. И делает она это по понятной причине. А именно: сигнал поступил в кору, она его обработала и выдала готовый ответ. Логично, что данный ответ должен поступить именно туда, где его ждут, то есть в то же место, откуда был отправлен сигнал — вопрос. Как мы понимаем, с этими всеми иррадиациями, деятельностью мозжечка и пр. он вполне способен поступить и не по адресу. Так вот путь, называемый синапсом, сохраняется еще некоторое время после прохождения сигнала для того, чтобы ответ пришел именно по нему, а не по другой цепочке нейронов — чтобы он пришел четко в целевые ткани.
Как образуется синапс? То есть что это с физической или химической точки зрения? На самом деле речь идет о произошедшей между отростками или отростком и клеткой местной реакции окисления. В организме существуют особые вещества (белки) — нейромедиаторы, которые легко окисляются под действием электрического импульса. Вот эти окисленные молекулы некоторое время сохраняются на том месте, где они возникли. А затем постепенно исчезают.
Химики, конечно, назовут наше определение нейромедиаторов неточным и, мягко говоря, упрощенным. Но для понимания сути вопроса нам хватит и его. Возможно, мы знаем еще со школы, что в кислой среде электрический сигнал проходит быстрее и лучше, чем в щелочной. Таким образом, любой (вообще любой) электрический импульс из двух сред обязательно выберет кислую — то есть пройдет именно тем путем, где имеются молекулы, так сказать, свежеокисленных белков.
Сразу после прохождения одного импульса, создавшего синапс, в этом месте запускается восстановительная (ощелачивающая) реакция. Обычно ее скорости хватает, чтобы по этой же цепочке успел прийти и ответ. Но если в целом, то за счет постепенного восстановления синаптический «мостик», который не используется некоторое время, распадается. Естественно, новый синапс на этом месте создастся при появлении новой необходимости в прохождении сигнала именно этим путем.
Вот это уже очень похоже на механизм запоминания, не так ли? В действительности, изначально мы запоминаем и впрямь именно таким образом: повторяем по нескольку раз одно и то же, чтобы в каком-то участке коры десяток импульсов прошел одним и тем же путем. Прошел, создав синапс попрочнее того, который возникнет при прохождении из пальцев в кору сигнала «Ай! Горячо!»…
Вообще, синапсы по времени своего существования бывают как краткосрочными, так и долгосрочными. Разница заключается в наборе нейромедиаторов, их создающих. Чаще всех обновляются синапсы на периферических участках ЦНС и в спинном мозге. А вот в коре образуется больше всего долгосрочных синаптических связей. Хотя, разумеется, забывать умеет и она.
Итак, синапс образуется следующим образом:
1. Электрический импульс, прошедший через тело клетки к кончику ее аксона, вызывает окисление белков на его поверхности.
2. При этом окислении выделяется медиатор — вещество, в присутствии которого образуется временный или постоянный синапс.
3. Активность данного синапса поддерживает именно медиатор. А они бывают разными — каждый тип отростка или нервной клетки выделяет разные медиаторы. Например, большая часть синапсов на периферии образуется в присутствии ионов кальция. Эти связи возникают и распадаются постоянно, очень быстро. А для образования долгосрочных связей в коре используются куда более сложные белки. Очень часто их выделяет миелиновая оболочка нейрона.
Энграммы как механизм долгосрочного запоминания
Следующий после синапса этап — это энграмма. Так называется процесс появления постоянных белков с особой структурой в месте, где несколько раз подряд прошел один и тот же импульс.
Энграммы образуются отдельными, устойчивыми белками. Иными словами, это уже отнюдь не разовая химическая реакция, которая быстро сменилась противоположной по закону баланса сред в организме. Эти белки так просто не исчезнут, но следует помнить: у любого белка в теле есть собственный, так сказать, срок эксплуатации.
Вообще, именно на белках основан весь обмен веществ в теле. Упомянутый выше гормон инсулин, подобно всем прочим гормонам, является белком. Кровь состоит из воды с растворенными в ней белками. Кроме того, в ней еще и постоянно находятся видимые (форменные) тельца, сплошь состоящие из белков. Из белков строятся клетки, их внутренние структуры и мембраны. И даже холестерин на стенках наших сосудов налипает на них не сам по себе, а в виде начинки для белковой бляшки…
Так что основной элемент нашего тела — не глюкоза и не жир, а именно белок. Мы поглощаем белки с пищей, они распадаются в желудке на аминокислоты, а затем из аминокислот строятся собственные белки нашего тела. Законы формирования вообще любого собственного белка заложены в ДНК организма — в его генах. Поэтому каждая полученная от родителей ошибка в сегменте ДНК — это белки (один или несколько взаимосвязанных), постоянно формирующиеся неправильно, неспособные выполнять свою работу и участвовать в обмене веществ.
Белки, образующие постоянные синапсы — энграммы, здесь не составляют исключения. Скорость, с которой они образуются, а также устойчивость и правильность их молекул заложены на уровне генома. Именно наследственностью объясняется разница в способности к запоминанию у детей. То, что одни дети от природы, без тренировки, запоминают новую информацию с первого раза и надолго, а другим для запоминания требуется время или повторение. Впрочем, если энграмма уже образовалась и обновляется регулярно (обновляются белки, ее составляющие), наследственность здесь перестает играть сколько-нибудь значимую роль. Она довольно сильно сказывается на качестве работе автоматической (срабатывающей помимо нашей воли) памяти и на успешности образования энграмм. Но после их образования поддерживать эти связи в хорошем состоянии совсем несложно — нужно лишь время от времени повторять заученное.
