Диалоги (декабрь 2003 г.) - Александр Гордон

А.Г. А по-разному специализированный нейроны не могут входить в конфликт между собой? Одному хочется одного, другому – другого.

Ю.А. Могут. Я думаю, что могут. У нас есть задумки проведения экспериментов и с конфликтами, и с «вытеснениями». Предположим, сформировано некое поведение, которое позже запрещено. Нейроны, специализированные относительно сформированного поведения есть, у них существуют метаболические потребности. Они могут их удовлетворить, только совершив поведенческий акт, а этот поведенческий акт запрещен. Что делают эти нейроны, как они выживают? Каким образом они могут выжить, если они могут получить метаболиты только при условии реализации организмом определенного поведения, которое мы запретили? Это очень интересный вопрос.

К.А. Но все-таки перейдем теперь к генам. К генам нам надо обратиться потому, что мы, в частности, знаем, что когда такие специализации формируются, то они приобретаются очень устойчиво и надолго.

Вы спрашивали, может ли нейрон переучиться. Ясно, по крайней мере, что если нейроны и переучивать, то это очень сложный и трудный процесс. Если специализации нейронов сформировались, то они хранятся месяцами и даже годами. Когда у животных чему-либо усилено, то можно увидеть, что приобретенные специализации нейронов сохраняются даже под наркозом. Это было обнаружено, в частности, в опытах японского нейрофизиолога Танаки (Tanaka), когда обезьянам под наркозом предъявляли совершенно невероятные для эволюционной экологии изображения – фракталы, которые искусственно генерировались компьютером. Но в прошлой жизни данной обезьяны эти фракталы служили для нее этапными результатами в ее пищедобывательном поведении. После того как обезьяна узнавала на их экране компьютера, она могла нажать на педаль и получить пищу. Оказалось, что нейроны сохраняют свою специализацию в связи с попадающими на сетчатку изображениями фрактальных картинок даже если животное находится во сне, под наркозом. И поэтому ясно, что такое обучение должно уходить глубоко, в молекулярные перестройки клеток, в изменение работы генов.

Ю.А. Я хотел бы сделать ясной эту позицию. С нашей точки зрения специализации пожизненны. И это принципиально важная вещь, что они пожизненны. Конечно, вы можете ту систему, по отношению к которой данный нейрон был специализирован, использовать в каком-то другом поведении. И если вы регистрируете активность этого нейрона, у вас возникнет впечатление, что он умеет теперь делать другое, не то, что делал. На самом же деле нейрон принадлежит той же системе, что и раньше, но возможности использования этой системы расширились.

Это имеет, кстати говоря, отношение к проблеме аддиктивного поведения. Например, к проблеме алкоголизма. Почему возникают рецидивы алкоголизма даже после очень длительной абстиненции, когда больной человек в течение длительного периода не принимал алкоголь. Потому что одним из механизмов образования зависимости является формирование специализаций нейронов относительно алкоголь-добывательного поведения при хронической алкоголизации. Потом, по прошествии многих лет отказа от алкоголя, человек сформировал массу других поведений. Наформировал множество новых специализаций. Но ранее сформированные «алкогольспецифические» специализации у него остались. Эти нейроны, возможно, и убить нельзя и переучить их нельзя. Вот в чем проблема.

А.Г. То есть, они могут быть совместителями, но при этом первую свою профессию не забывают.

К.А. Есть такое предположение, грубо говоря.

А.Г. И все-таки гены.

К.А. Итак, если это надолго, то работа генов в клетке должна измениться. И мы попробовали соединить вместе два уровня: тот, до которого можно добраться нейрофизиологическими методами, регистрируя активность клеток, и молекулярный, связанный с внутриклеточными механизмами. То есть, дойти до молекулярных основ поведенческой специализации нервных клеток. Так же, как это делается для понимания механизмов дифференцировки клеток в эмбриональном развитии, когда мы знаем, что это зависит от генов.

Для этого мы исследовали работу генов, запускающих в клетке долговременные преобразования. Во время жизни нервной клетки бывают такие ситуации, когда клетка должна что-то запомнить. Мы пока не знаем, как определить то, что именно она запоминает каждый раз. Но нам известно, что в тот момент, когда это происходит, в нейроне включаются гены, которые, говоря очень примитивно, запускают долговременное запоминание. Они как бы триггеры, которые говорят: то, что сейчас было, надо запомнить. Нужно перестроить другие гены и белки так, чтобы нервная клетка изменила себя надолго. Некоторое время назад мы нашли такие гены, и их работу в мозге можно увидеть, окрашивая клетки антителами к их продуктам.

К сожалению, сегодня пока невозможно регистрировать электрическую активность отдельных клеток мозга во время поведения и одновременно исследовать активность генов в этих же нейронах. Но мы с Юрой придумали такой трюк. Мы взяли для исследования две области коры головного мозга, где мы знаем, что процент специализирующихся при обучении нейронов очень большой и очень маленький. Одна из них – это так называемая циргулярная кора, где при обучении специализируется до 30 процентов нейронов. Когда, например, животное учится нажимать на педаль, чтобы получать пищу, то это «нейроны педали», которые вы видели на видео. А в моторной области коры доля таких специализирующихся нейронов очень маленькая, всего несколько процентов. В нашем эксперименте Владимир Гаврилов и Юрий Гринченко регистрировали нейроны из этих областей мозга обученных крыс, когда они добывали пищу, нажимая на педаль. И измерили число специализированных относительно нажатия на педаль нейронов. А затем Ольга Сварник взяла другую группу животных, которые учились этому же поведению нажатия на педаль, и посмотрела, как в их мозге работает ген-маркер долговременных изменений.

На следующем рисунке показаны срезы мозга крыс, окрашенные антителами к продукту этого гена с-fos. Это срезы из той же области мозга животных, где в первой серии экспериментов проходил регистрирующий электрод. И вы можете увидеть, сколько нейронов активируется в этих двух областях, когда животное учится нажимать на педаль. Видите, в цингулярной коре – это целых 34 процента, а в моторной коре таких нейронов почти нет, всего лишь три процента.

Получается, что в тех областях мозга, где мы находим много поведенчески специализированных нейронов, при обучении включаются гены, запускающие запоминание. Таким образом, мы провели как бы мостик между одним и тем же феноменом на нейрофизиологическом и молекулярном уровне. И теперь, цепляясь за эти известные гены, мы можем изучать вопрос – что именно запускает этот процесс в геноме. И задавать вопрос – почему эта, а не другая клетка, включила эти гены в момент обучения.

Кроме того, мы теперь можем увидеть то, что нельзя было изучать, регистрируя только одну или несколько клеток. Мы можем увидеть картину обучения во всем мозге. Делая трехмерную реконструкцию активации генов в мозге при обучении, мы можем видеть, как работают целые системы специализирующихся нейронов. То есть, это исследовательский путь от генов к специализации нейронов при обучении, а от специализации отдельных нейронов к законам объединения их в системы, к системогенезу.

Ю.А. Но вот еще, что мы должны обязательно сказать. Ведь в названии у нас не только «эгоизм», но и «альтруизм». Что это за альтруизм у нейрона и откуда он берется.

Следующая иллюстрация, пожалуйста. На этой схеме изображен нейрон, «принимающий решение» жить или умереть. Когда происходит рассогласование между потребностями этого нейрона и состоянием его микросреды, то нейрон активируется вместе с другими клетками – организм совершает поведенческий акт, а нейрон получает необходимые метаболиты. Но когда в опыте индивида нет такого способа согласования активности клеток в системе, который мог бы устранить подобное рассогласование, и, следовательно, в памяти нет соответствующего поведенческого акта, то активируются ранние гены, потом активируются поздние гены, клетка модифицируется, и происходит то, что называется системогенезом. Образуется новая система – новый способ согласования клеток, новый поведенческий акт. Однако бывает и другой вариант развития событий. Когда активация ранних генов затягивается. Когда не удается решить проблему. Довольно часто это бывает в патологии, например при нарушении целостности ткани. Но, вероятно, может быть и в норме, в ситуации, когда индивид долго не может найти выход из положения, достичь результат поведения. Итак, в случае возникновения стойкого рассогласования между «потребностями» нейрона и его микросредой и при невозможности устранить рассогласование в рамках имеющегося опыта, как в норме, так и в патологии у клетки имеется следующая альтернатива: измениться, вовлекаясь в формирование новой системы, или умереть.