ПАМЯТЬ. Модели и механизмы.
Память — это способность живой системы фиксировать факт взаимодействия со средой (внешней или внутренней), сохранять результат этого взаимодействия в форме опыта и использовать его в поведении. В. Н. Дружинин, Когнитивная психология, 2002
Виды биологической памяти: Генетическая – память биологического вида, обеспечивающая структурное самовоспроизведение организмов. Носитель – нуклеиновые кислоты. Длительность – максимально возможная: много поколений, до миллионов лет. Иммунологическая – «молекулярная» память о контактах с чужеродными веществами. Носитель – клетки памяти иммунной системы. Длительность – всю жизнь организма. Нейрологическая – память нервной системы о событиях внешнего мира и реакциях организма на них. Носитель – ансамбли нейронов ЦНС. Длительность – от долей секунды до всей жизни.
Классификации нейрологической памяти: 1. По времени сохранения информации: 1. Сенсорная память: порядка 1/3 секунды (иногда до нескольких минут) 2. Кратковременная (краткосрочная) память: минуты, десятки минут [2 а. Промежуточная память (период консолидации): несколько часов (? )] 3. Долговременная (долгосрочная) память: дни, месяцы, годы Консолидация – процесс перехода кратковременной памяти в долговременную. Энграмма – след памяти, сформированный в результате обучения.
Параметры и виды памяти Сенсорные регистры Кратковременная память Ввод информации механизмы внимание предвнимания Долговременная память проговаривание, . . . Репрезентация след информации сенсорного воздействия акустическая и/или артикуляционная, возможно, зрительная и семантическая в основном семантическая Объем информации большой маленький, в пределах «магического числа» предел неизвестен Забывание информации угасание вытеснение, возможно, интерференция возможно, отсутствует Время сохранения порядка 300 мс порядка 30 с от минут до десятилетий Извлечение информации считывание поиск возможно, поиск Структура памяти неассоциативная ая ассоциативная Б. М. Величковский, Когнитивная наука, 2006
Сенсорные регистры Иконическая память – зрительная информация (около 300 мс); Эхоическая память – слуховая информация (до 2 с); Иконическая память открыта Сперлингом (1960)
Сенсорная память: эксперимент Сперлинга • Матрица с буквами показывалась на 1/20 секунды • Испытуемых просили вспомнить как можно больше букв • Им удавалось вспомнить только около половины букв • Причиной было то, что не хватало времени запомнить всю таблицу? • Нет • Как Сперлинг это узнал?
Сенсорная память: эксперимент Сперлинга Высокий Средний тон Низкий • Сперлинг показал что люди могут увидеть и на короткое время запомнить сразу ВСЕ буквы в таблице • Сразу после того, как таблица исчезала с экрана, звучал высокий, средний, или низкий тон: – Тон обозначал какой ряд (не известный заранее испытуемому) нужно вспоминать; – В этом случае вспоминание было практически безошибочным. Зрительная сенсорная память «выцветает» примерно через 1/3 секунды*, поэтому успеть сообщить содержание всей таблицы затруднительно. * - это время было установлено с помощью варьирования интервала между исчезновением таблицы и подачей тона.
Запоминание в сенсорной памяти происходит автоматически, без участия внимания. Внимание требуется для попадания информации в краткосрочную (рабочую) память.
Кратковременная память • Функция – сознательная обработка информации – «место» , где информация активно обрабатывается • Ёмкость – ограничена (7± 2 элемента) – «величина» самих элементов при этом практически не ограничена • Длительность – короткая (около 30 сек) • Кодирование – часто речевое, даже для зрительных стимулов.
Кратковременная память • Что если требуется сохранить информацию в рабочей памяти дольше, чем 30 секунд? • Проведем эксперимент: постарайтесь запомнить телефонный номер (показываемый последовательно по одной цифре). . . 8 5 7 91 6 3 11
Кратковременная память • Запомнили номер? 857 -9163 Номер находился в вашей рабочей памяти дольше 30 секунд. Каким образом вам удалось его запомнить? Повторяя его в уме (rehearsal). 12
Кратковременная память • А если не получается использовать повторение в уме? • Память быстро «пропадает» • Ещё один эксперимент: снова постарайтесь запомнить телефонный номер. . . – но выполняя одновременно задание на вычитание – от 100 по семь (то есть 100, 93, 86, и т. д. ) 6 2 8 50 9 4 13
Кратковременная память Запомнили номер? 628 -5094 Без повторения в уме память быстро пропадает 14
Кратковременная память • Предъявлялись для запоминания бессмысленные трехбуквенные слоги • Испытуемые несколько секунд выполняли задание на вычитание, а затем их просили вспомнить слог.
Кратковременная память Величина, обратная объему непосредственной памяти Зависимость между величиной, обратной объему непосредственной памяти, и скоростью поиска в памяти (Величковский, 2006 по Cavanagh, 1972).
Долговременная память • Функция – организация и долгосрочное хранение информации – более «пассивная» форма хранения информации, чем рабочая память • Ёмкость – пределы неизвестны • Длительность – предполагается, что всю жизнь
Долговременная память Процессы, связанные с (долговременной) памятью: • Кодирование, в процессе которого выделяется та информация, которая должна храниться; • Консолидация – переход информации в долговременную память; • Хранение и связывание новой информации с уже хранящейся; • Воспроизведение (извлечение) из памяти. • Забывание может быть связано с различными факторами (подробнее позже).
Доля вспоминаемой информации в зависимости от времени удержания в памяти
Стратегии заучивания информации • Распределённое заучивание означает обучение разбитое на отдельные промежутки в отличие от сплошного заучивания, когда всё обучение происходит «в один присест» . • Распределённое заучивание обеспечивает лучшее запоминание.
Эффекты первичности и недавности. ДВП Порядковый номер элемента Вспоминание через несколько часов после обучения Удаётся вспомнить, % Вспоминание сразу после обучения КВП ДВП Порядковый номер элемента Эффект первичности – элементы из начала списка вспоминаются лучше, чем из середины. Эффект недавности – элементы из конца списка вспоминаются лучше, чем из середины.
Долговременная память: семантическая обработка информации При сохранении информации в долговременной памяти наиболее важную роль играет значение (смысл) этой информации, поэтому для улучшения запоминания нужно/можно: • не просто повторять запоминаемое снова и снова, а стараться связать его с уже хранящейся в памяти информацией; • стараться понять какие выводы могут следовать из запоминаемого; • активно искать дополнительную информацию; • придумывать свои примеры для изучаемых понятий; • не пытаться запомнить написанное/сказанное в том же виде, а фокусироваться на основных идеях 22 текста/речи.
Долговременная память: семантическая обработка информации • При «глубокой» семантической обработке информации запоминание оказывается существенно лучше, чем при поверхностной, основанной только на «внешних» признаках. Тип обработки информации Семантическая обработка 0 Поверхностная – слуховая Поверхностная – зрительная 10 20 30 40 50 60 70 % воспроизведенных слов 80 90 100 23
Долговременная память: организация информации • Эксперимент: – перечислите по порядку дни недели – перечислите дни недели в обратном порядке, начиная с четверга – перечислите дни недели в алфавитном порядке – долговременная память упорядоченно организована • не просто случайная куча информации • Как организована хранящаяся в памяти информация?
Влияние эмоций на запоминание. КАРМАН ВЕДРО ГЕКТАР ГЛОБУС ДОСКА БЛОКНОТ
Классификации нейрологической памяти: 2. По типам сохраняемой информации: Долгосрочная память Декларативная (эксплицитная) Эпизодическая Семантическая Недекларативная (имплицитная) Процедурная Перцептуальная Декларативная память осознается, недекларативная – практически не осознается. Примечание: В составе декларативной памяти иногда выделяют также автобиографическую память как промежуточную между эпизодической и семантической; к имплицитной памяти иногда относят также условные рефлексы и прайминг.
Механизмы памяти: 1. Компьютерная метафора (трёхкомпонентная модель): Модель памяти Р. Аткинсона и Р. Шиффрина (Аткинсон, 1980); рис. из Б. М. Величковский, Когнитивная наука, 2006
Механизмы памяти: 2. Семантическая модель. Прайминг
Механизмы памяти: 3. Теория уровней обработки. Первичные сенсорные признаки Выделение объектов Выявление связей между объектами Вербально-семантические преобразования Чем «глубже» обработка, тем лучше запоминание
Семантическая обработка начинается уже на уровне сенсорной памяти? А Б Возможные (А) и невозможные (Б) фигуры в тестах на имплицитное и эксплицитное узнавание*. Возможность/невозможность фигуры не влияет на эксплицитное узнавание. Имплицитное же узнавание невозможных фигур (при сублиминальном первичном предъявлении) резко ухудшено. * - В тестах на эксплицитное узнавание фигуры предъявляются в две серии. Во второй серии часть фигур – новые. Испытуемому нужно указать видел он ранее такую фигуру или нет. Тесты на имплицитное узнавание используют косвенные признаки узнавания, такие как ускорение времени реакции при работе со знакомыми фигурами. Первичное предъявление фигур при этом может быть сублиминальным (быстрым настолько, что не осознаётся).
Эксперимент Сейчас вам будет показана картинка, постарайтесь ее запомнить.
ШРПИЕИЛТ ЕЕНГД
Какие буквы были показаны?
ПРИШЛИТЕ ДЕНЕГ
Какие буквы были показаны?
ШРПИЕИЛТ ЕЕНГД ПРИШЛИТЕ ДЕНЕГ
КАРМАН ВЕДРО ГЕКТАР ГЛОБУС ДОСКА БЛОКНОТ
Наличие словесной интерпретации облегчает запоминание
При запоминании используется прошлый опыт и известные субъекту закономерности Запоминание информации, предъявленной кратковременно, зависит от прошлого опыта, контекста и ее важности для субъекта. (A) Положение шахмат на доске после 21 -го хода белыми в 10 -ой игре Чемпионата Мира по шахматам между Карповым и Каспаровым. (B) Случайная расстановка тех же самых шахматных фигур. (C, D) После кратковременной демонстрации доски с фигурами профессиональные шахматисты лучше новичков восстанавливали их расположение в первом случае (реальной игры). Случайную расстановку фигур новички воспроизводили так же хорошо или даже лучше, чем профессионалы.
Мнемоника
Краткосрочную память можно натренировать Улучшение запоминания набора цифр посредством тренировки (и развитие ассоциативных стратегий). Несколько месяцев тренируясь по часу в день (3 -5 дней в неделю), испытуемый увеличил число запоминаемых цифр с 7 до 79. Цифры зачитывались ему в случайном порядке со скоростью одна цифра в секунду. Если испытуемый правильно воспроизводил названную цифровую последовательность, то к запоминаемому набору цифр добавлялась еще одна.
Ким Пик (Kim Peek) – человек с уникальной памятью. Ким прочитывает страницу за 8 10 секунд, сразу запоминая ее наизусть. В его памяти хранится 9 тыс. книг, охватывающих огромные области знания от Шекспира до композиторов и карт всех крупных городов США. В мозге Кима обнаруживается множество аномалий, в том числе отсутствие мозолистого тела. У него также деформирован мозжечок, изза чего многие простые движения в быту даются ему с трудом. В отличие от подавляющего большинства людей с феноменальной памятью, страдающих аутизмом и умственной отсталостью, Ким смог отчасти избавиться от своего аутизма, а недавно неплохо освоил игру на фортепиано. Послужил прототипом главного героя фильма «Человек дождя» , хотя автобиографические детали в фильме не соответствуют реальности. Сходный случай описан в книге Лурия А. P. «Маленькая книжка о большой памяти» , 1968.
Мнемонические методы Мнемоника Характеристика Пример Размещение Визуализировать предметы по знакомым ориентирам Чтобы запомнить Российских императоров, вообразите прогулку по университетскому городку. Ассоциируйте запоминаемую информацию с заметными ориентирами. Например, со столовой вы могли бы связать Екатерину II; с ФМШ — Петра I и т. д. Слова-вешалки Связывать новые слова или понятия со списком уже знакомых слов Запомните рифму, например One is a bun; two is a shoe ( «Один — это булочка, два — это башмак» ), и ассоциируйте королей и королев Англии с известными словами. Например, у Генри VIII были большие булочки, Виктория имела много детей, живущих в башмаке, и т. д. Ключевые слова Образовывать мостик между произношением слова и каким-нибудь знакомым словом Возьмем английское выражение piece of chalk, которое произносится как пис оф чок, что напоминает писачок и означает «кусочек мела» . Чтобы написать что-нибудь на доске вы берёте писачок, . Организующие схемы Знание — это структура определенных значимых отношений Список иерархически организованных слов или понятий, как в случае Российских императоров, может быть организован в соответствии с историческими периодами или завоеваниями. Имена монархов можно вплести в историю или зарифмовать или придумать песенку ( Old King Sol was a merry old soul. — «Старый король Сол был веселым стариной. . . » ) Дополнительные методы: акронимы акростихи Использовать первую букву слова (акроним) или фразу (акростих) как подсказку для припоминания Акроним: POLKA. Р обозначает Peg Word (слова-вешалки); О обозначает Organizational Schemes (организующие схемы), L обозначает Loci (размещение); К обозначает Key Word (ключевые слова); А обозначает Additional systems (дополнительные методы) (акроним и акростих) Акростих: Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан. — Красный, Оранжевый, Жёлтый, Зеленый, Голубой, Синий, Фиолетовый. Адаптировано из: Солсо Р. Когнитивная психология, 2006
ПАМЯТЬ. Нейрофизиологические основы.
Первые сведения о физиологической основе памяти были получены при изучении нарушений памяти, связанных с повреждениями мозга. Амнезия – нарушение процессов памяти (запоминания, хранения, воспроизведения). Ретроградная амнезия – пациент не способен вспомнить материал, предшествующий травме; Антероградная амнезия – пациент не может вспомнить новый (только что предъявленный) материал.
МРТ мозга пациента Н. М. (A) Продольный разрез правого полушария; (B–D) Поперечные срезы на уровнях, отмеченных красными линиями в (A). Схема внизу дает ясное представление о том, какие части мозга Н. М. были иссечены (обозначено черным цветом).
При поражении гиппокампа (и других областей срединной части височной доли) нарушается декларативная память, возникает как антероградная амнезия (нарушение запоминания нового материала), так и некоторая ретроградная амнезия (вплоть до нескольких лет, предшествующих операции или травме). Память на более отдаленные события сохраняется в норме. Интеллект в норме или даже выше нормы. Процедурная память у этих больных не нарушена и не отличается от таковой у здоровых людей.
Области мозга, повреждения которых приводят к нарушениям декларативной памяти Передний рог Таламус Префронтальная кора Мамиллярное тело Миндалина Вид снизу Гиппокамп Изучение больных с амнезией, а также открытие долговременной потенциации (удобной экспериментальной модели памяти) в гиппокампе привело к ошибочной точке зрения, что гиппокамп и является местом хранения памяти. На самом деле, видимо, гиппокамп необходим для кодирования и консолидации декларативной памяти, а также, возможно, ее воспроизведения, однако сама по себе долговременная память хранится преимущественно не в гиппокампе.
Современная точка зрения: «Считается, что долговременная память связана с ассоциативной корой. В адресации памятных следов в определенные участки коры важную роль играют медиальные отделы височной области полушарий, включающие энторинальную кору и гиппокамп … Вышеназванные образования имеют обширные связи как между собой, так и с проекционными (теми, куда приходят сигналы от органов чувств) и ассоциативными отделами коры. При запоминании они направляют сигнал в ассоциативную кору для длительного удержания в памяти, а при необходимости вспомнить указывают адрес, где хранится связанная с поступившим сигналом информация. Приведем простую аналогию. Долговременная память соответствует книгохранилищу в библиотеке, а гиппокампальный комплекс можно сравнить с каталогом, который показывает, где хранится нужная книга. » А. М. Иваницкий
Медиальный вид Латеральный вид Гиппокамп Связи между гиппокампом и возможными местами хранения декларативной памяти. Показан мозг макаки резуса, поскольку данные соединения лучше подтверждены у приматов, чем у людей. Проекции от многочисленных корковых областей объединяются в гиппокампе, известно, что имеющие к ним отношение структуры мозга у человека вовлечены в процессы памяти, большинство этих областей также посылает проекции на те же корковые участки. Показаны медиальный ( «из середины» ) и латеральный ( «сбоку» ) вид мозга, последний повернут на 180 ° для ясности.
Декларативная память хранится во всех специализированных ассоциативных областях коры больших полушарий. Согласно данным томографических исследований на людях, при воспоминании изображений или звуков активируются те же самые области коры, что и при восприятии соответствующих стимулов. (см. след. рис. )
Реактивация зрительной коры во время вспоминания картинки. (A) Дана инструкция либо смотреть на объекты (слева), либо представлять объекты без визуального стимула (справа). (B) (Слева) Билатеральные участки вентральной височной коры специфически активированы при предъявлении разных зрительных стимулов: домов (желтым), лиц (красным), стульев (синим). (Справа) Когда испытуемые вспоминали эти объекты, то преимущественно реактивировались те участки мозга, которые были активны при рассмотрении объектов этой же категории.
Процедурная память также широко распределена по всей коре больших полушарий, и связана преимущественно с сенсорными и моторными областями коры, а также с мозжечком. Но как формируются следы памяти?
Клеточные механизмы памяти Дональд Хебб (Donald O. Hebb) 1904 -1985
A B Правило Хебба (1949 г. ): «Если аксон клетки А расположен настолько близко к клетке В, что может возбуждать ее, и если он многократно и непрерывно принимает участие в ее активации, то в одной или обеих клетках возникают какой-то процесс роста или метаболические изменения, и в результате эффективность клетки А как одного из активаторов клетки В возрастает» . Примечание: подразумевается, что клетка B может быть активирована каким-то другим способом, помимо синапса с клетки A – т. е. либо имеются и другие входы на клетку B, причем сильные, либо клетка B спонтанно активна.
Синапс Хебба и условный рефлекс УС Исходно слабая синаптическая связь, которая усиливается при совпадении во времени пресинаптической и постсинаптической активности (синапс Хебба) БР или УР БС Исходно сильная синаптическая связь УС – условный стимул, БС – безусловный стимул, УР – условная реакция, БР – безусловная реакция.
Четыре возможных способа повышения эффективности синапса Больше постсинаптических рецепторов, сильнее реакция на нейромедиатор Дендритный шипик Выделение большего количества нейромедиатора Спраутинг: образование новой дополнительной терминали Утолщение и укорочение шейки шипика, что снижает его электрическое сопротивление
Модель краткосрочной памяти: долговременная потенциация в гиппокампе Эксперимент на переживающем срезе гиппокампа
Долговременная потенциация в гиппокампе как клеточная модель условного рефлекса Поле CA 3 Слабый стимул W 1 Слабый стимул W 2 Регистрация ВПСП Сильный стимул S Зубчатая фасция Энторинальная кора Усиление ВПСП, % Поле CA 1 Сочетание W 1 c S Ассоциативная длительная потенциация Сочетание W 2 c S
Вероятно, кратковременная память, как и долговременная, хранится непосредственно в тех же структурах, которые отвечают за данную функцию.
Кратковременная память сохраняется лишь пока существует соответствующая нервная активность, поскольку синаптические изменения в это время носят нестойкий характер. Эта активность может поддерживаться за счет так называемой реверберации (многократного повторного прохождения сигнала по цепочкам нервных клеток) или каких-то сходных более сложных процессов циркуляции сигнала в нейронных сетях. Любое изменение нервной активности (например, при поступлении новых сигналов, а также любое травматическое воздействие) ведет к разрушению кратковременной памяти. Явления ретроградной амнезии наблюдались в экспериментах с животными, которым электрошок наносился сразу после обучения, но он был неэффективен, если наносился спустя некоторое время после процедуры обучения. При сильном сотрясении мозга человек не может вспомнить обстоятельства своей травмы (ретроградная амнезия), так как воздействие удара на мозг разрушило кратковременную память, не дав ей перейти в долговременную.
«Нейронная ловушка» Пример реверберирующей «петли» Вертикальный модуль – корковый конец таламокортикальной петли Структурной основой реверберации импульсов могут являться «нейронные ловушки» , распространённые в лобных областях коры, и таламо-кортикальные петли, представленные в теменных и височных областях.
Реакции нейронов префронтальной коры в эксперименте с отсроченным ответом. Когда обезьяна фиксирует взор на центральном пятне, на экране (слева) вспыхивает и затем исчезает цель. Во время длящейся несколько секунд отсрочки обезьяна хранит об этой цели «мысленную» память (в центре). Когда центральное пятно исчезает, животное переводит взгляд туда, где появлялась цель (справа). Некоторые нейроны префронтальной коры реагируют на появление цели, другие сохраняют о ней «мысленную» память, а третьи разряжаются, подготавливая двигательный ответ. (Гольдман-Ракич, 1992)
В основе процессов кратковременной памяти лежит временное повышение проводимости в синапсах, связывающих определенные нейроны, и реверберация импульсов, основанная на ряде химических и электрохимических реакций, не связанных с синтезом макромолекул.
Переход краткосрочной памяти в долгосрочную Широкое распространение получила гипотеза, которая была впервые сформулирована Д. Хеббом (1949): кратковременная память представлена динамической, легко прерываемой электрической активностью, тогда как долговременная память связана с более стойкими структурными изменениями (например, белков мозга). Этот процесс в дальнейшем получил название консолидации следов памяти.
В экспериментах на животных было показано, что обязательным требованием для консолидации следа памяти является синтез белка и рибонуклеиновых кислот (РНК) во время периода консолидации. Блокада хотя бы одного из этих процессов в течение первого часа после обучения приводила к полному разрушению памяти, однако в более позднее время блокада синтеза белка и РНК уже не влияет на образование долговременной памяти. В результате в конце 60 -х – начале 70 -х гг. распространилась ошибочная точка зрения, что консолидация представляет собой запись памяти в некотором коде непосредственно в молекулах РНК и/или белка.
На самом деле последовательность событий примерно такая: 1. Кратковременные нестойкие изменения в синапсах возникают согласно правилу Хебба. 2. При условии того, что нейрон продолжает быть активным и в тело нейрона входят ионы кальция, в ядре запускается сложный каскад процессов, который в конечном счете ведет к синтезу определенных белков. 3. Эти белки распространяются в нейроне и его отростках повсюду, но способны встроиться лишь в те синапсы, которые в данный момент несут кратковременные изменения, то есть недавно были активированы. 4. Встраивание этих синтезированных белков в эти измененные синапсы позволяет превратить нестойкие изменения в устойчивые. 5. Блокада любого звена этой цепочки процессов не дает кратковременной памяти перейти в долговременную.
Модель консолидации памяти на клеточном уровне
Эксперимент
Напишите первое пришедшее вам в голову подходящее слово (например, _ у _ а => рука)
_о_ка
к___ан
_е__а_
_е_ро
КАРМАН ВЕДРО ГЕКТАР ГЛОБУС ДОСКА БЛОКНОТ
Память: итоги. 1. Память — это способность живой системы фиксировать факт взаимодействия со средой, сохранять результат этого взаимодействия и использовать его в поведении. 2. Кратковременная память обеспечивается реверберацией импульсов в нейронных сетях. Долговременная – облегчением проводимости в этих сетях. То есть, кратко- и долговременной памяти соответствуют не разные структуры (как предполагает «компьютерная метафора» ), а разные процессы/состояния в одних и тех же структурах. 3. «Следы памяти» сохраняются в тех же областях мозга, что отвечают за восприятие (эпизодическая память), семантическую обработку информации (семантическая память) и управление движениями (процедурная память) ( «память встроена в процессор» ). Адресация «следов памяти» по всей видимости осуществляется гиппокампом. 4. Осмысленность информации существенно влияет на эффективность её запоминания. При этом первичная смысловая обработка происходит ещё на неосознаваемой стадии.
Этапы формирования памяти (по Д. Хеббу, 1949): 1. Кратковременная память – неустойчивый след памяти. Для кратковременной памяти характерен ограниченный объем информации (7± 2 единицы), быстрое угасание и разрушаемость под воздействием большого числа факторов 2. Долговременная память – устойчивый след памяти Процесс перехода кратковременной памяти долговременную называется консолидацией. Примечание: кратковременная память эквивалентна рабочей (оперативной памяти)! в не
Виды памяти, определяемые в экспериментах с радиальными лабиринтами, созданных для изучения пространственной памяти, а также во многих других задачах: 1. Рабочая память - сохранение информации в пределах одного опыта (какие рукава лабиринта были посещены в данном опыте); хранение информации, необходимой для решения конкретной текущей задачи 2. Референтная память (=семантическая память? ) сохранение информации об общей структуре лабиринта в целом.
Молекулярные процессы, лежащие в основе долговременной потенциации Молекула глутамат а Когда молекула глутамата связывается с NMDAрецептором, кальциевые каналы не могут открыться, поскольку заблокированы ионами магния Деполяризация мембраны как следствие развития возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП) в данном или соседних синапсах заставляет ионы магния покинуть кальциевые каналы Когда теперь молекула глутамата связывается с NMDA-рецептором, канал открывается и кальций беспрепятственно входит внутрь клетки. В цитоплазме клетки вошедшие ионы кальция запускают каскад процессов, обеспечивающих длительную потенциацию NMDA рецепто р
Поле CA 3 Поле CA 1 Зубчатая фасция Регистрация из зубчатой фасции Стимуляция перфорантного пути Энторинальная кора Схема эксперимента по получению длительной потенциации в гиппокампе
Пример ДП в перфорантном пути, записанной in vivo.
У животных при разрушении гиппокампа выработка простых условных рефлексов даже облегчается, однако сильно нарушается выработка контекстных (обстановочных) условных рефлексов (например, на цвет и рисунок обоев в качестве контекстного условного стимула). Также при разрушении гиппокампа полностью исчезает возможность ориентироваться в пространстве по внешним ориентирам.
Пространственное обучение и память у грызунов зависят от гиппокампа. (A) Крыс помещали в круглый резервуар, похожий по форме и размерам на детский бассейн, наполненный мутной водой (с молоком). В окружающем пространстве находились знаки такие, как окна, двери, часы и т. д. Небольшая приподнятая платформа находилась неглубоко под поверхностью воды. Когда крысы искали эту площадку в воде, траектория их плавания регистрировалась видеокамерой. (B) После нескольких попыток нормальные крысы быстро обучались нахождению платформы, в отличие от крыс с повреждением гиппокампа. Пример плавательного пути (1 -ая и 10 -ая пробы) нормальной крысы (С) и животного с разрушенным гиппокампом (D). Таким образом, крысы с повреждениями гиппокампа не способны запоминать, где расположена платформа.
В гиппокампе есть три главных синаптических пути, каждый из которых способен к долговременной потенциации
Гиппокамп Коллатерали Шаффера Перфорантный путь Зубчатая фасция Строение гиппокампа
Согласно наблюдениям над пациентами с амнезией и экспериментам над животными, гиппокамп имеет большее значение для эпизодической памяти (которая всегда связана с контекстом, в котором произошел эпизод), а парагиппокампальная область (энторинальная, периринальная и парагиппакампальная области коры) связана с семантической памятью ( «чистое знание» ).
Молекулярные основы памяти 89
Память Кратковременная Функциональные изменения нейронов Долговременная Структурные изменения нейронов 90
Краткосрочная память на Aplysia californica • 2000 г. нобелевская премия по физиологии и медицине за открытие молекулярных механизмов работы синапсов Эрик Кэндел 91
Модель кратковременной памяти на Aplysia californica электрический удар Рефлекс втягивания жабр у Aplysia
Обучение на Drosophila melanogaster Seymour Benzer Yadin Dudai 93
Мутанты аденилат циклазного сигнального пути Drosophila melanogaster • dunce - нарушение функционирования фосфодиэстеразы, ↑ц. АМФ • rutabaga – нарушение сайта связывания аденилатциклазы с Ca/Ca. M-киназой, ↓ц. АМФ • amnesiac – нарушение связывания внеклеточного белка PACAP с аденилатциклазой • DCO – нарушение функционирования каталитической субъединицы протеинкиназы А 94
Сигнальный каскад вторичных посредников в нейронах Drosophila melanogaster amnesiac АМР 95
• Похожие результаты, полученные на аплизии и дрозофиле свидетельствуют о том, что в основе простых форм памяти лежат одинаковые механизмы и они эволюционно консервативны. • Для создания новых адаптивных механизмов эволюция не требует новых специализированных молекул. Эволюция варьирует существующие условия, просеивая случайные мутации в структуре генов, в результате которых возникают немного другие варианты белков и немного другие способы использования их в клетках. Большинство мутаций нейтральны или даже вредны, только редкие мутации, повышающие шансы организма на выживание, с большей вероятностью сохраняются. 96
Модель lac-оперона Жакоба и Моно Сигналы из среды, окружающей клетку, могут активировать гены регуляторных белков, которые включают гены структурных белков 97
Долгосрочная память CREB - c. AMP response element-binding protein, белок, связывающий элемент, реагирующий на ц. АМФ 98
Активация CREB вызывает экспрессию генов, которая меняет клетку в структурном и функциональном отношении 99
Молекулярный каскад экспрессии генов раннего и позднего ответов при формировании долгосрочной памяти S. Flavell, M. Greenberg, 2008
• Консолидация – перевод поступившей информации на постоянное хранение также это переход из краткосрочной памяти в долгосрочную 101
Долговременная память и консолидация • Обучение приводит к синтезу РНК и белка в нервных клетках. Долговременная память • Данный процесс универсален и имеет "критическое" окно, ограниченное 1 -2 часами после обучения. • После его завершения память переходит в стабильную, консолидированную форму и не может быть нарушена воздействиями на нервную систему. 1900, Г. Мюллер и А. Пильзекер 102
Развитие представлений о механизмах поддержания памяти в течение многих лет 1885 - Еbbinghaus: В хранении памяти существуют две фазы; 1900 - Mueller & Pilzecker: Переход из первой фазы во вторую - активный процесс "консолидации"; 1901 - Mc. Dougall: Консолидация требует нервной активности и нарушается при травмах и судорогах; 1949 - Duncan: Память у экспериментальных животных нарушается при судорогах в те же временные интервалы, что и у людей; 1962 - Нyden: В это "временное окно" консолидации в мозге животных увеличивается синтез РНК и белка; 1963 - Flexner et al. : Блокада синтеза белка во "временное окно" консолидации нарушает долговременную память.
Экспрессия "ранних" и "поздних" генов определяет "позднее" формирование долговременной памяти Сохранение следа памяти 100 Первая волна синтеза РНК и белков 80 Вторая волна синтеза РНК и белков 60 40 20 0 Долговременная память часы 3 Обучение 6 Экспрессия немедленных поздних генов ранних генов 9 12 Долговременная память
CPEB в яйцеклетке Rana temporaria CPEB – cytoplasmic polyadenylation element binding protein, высококонсервативный РНК-связывающий белок, который способствует удлинению поли. А-хвоста м. РНК 105
Нейрональная пластичность 106
Морфология шипиков дендритов гиппокампа F-актин Шипики дендрита Ethella, Pasquale, 2005 107
Образование шипика дендрита Miyoshi et al. , 2006 108
Болезнь Альцгеймера Массовое отмирание нейронов головного мозга в результате постепенного накопления в них амилоидов. Ослабление кратковременной затем и долговременной памяти После 60 лет Ключевые гены: APP, PSEN 1, PSEN 2, APOE 109
Хорея Гентингтона После 35 лет Массовое отмирание нейронов головного мозга в результате постепенного накопления в них амилоидов. Ослабление кратковременной затем и долговременной памяти Ключевой ген: HTT В последовательности гена HTT встречаются повторы (CAG)n CAG кодирует глутамин 110
Синдром Уильямса • характерные черты лица эльфа • кардиоваскулярные нарушения • замедление развития • когнитивные дефекты
Генетически обусловленные заболевания человека, сопровождающиеся нарушением памяти Заболевание Основные симптомы Ключевые гены Болезнь Альцгеймера Прогрессирующее ослабление APP, PSEN 1, PSEN 2, APOE памяти Синдром Коффина-Лоури Задержка умственного развития, многочисленные аномалии скелета RPS 6 KA 3 Синдром Рубинштейна-Тайби Задержка умственного развития, аномалии черепа, проблемы при дыхании и глотании CREBBP Синдром ломкой Х-хромосомы Удлиненный череп, оттопыренные уши, пониженный мышечный тонус, низкий интеллект FMR 1 Хорея Гентингтона Снижение пластичности мышления, проблемы с координацией движений HTT Болезнь Паркинсона Повышенное напряжение мышц, тремор конечностей PARK 2 Нейрофиброматоз Множественные пигментные пятна и опухоли на коже, судороги, сниженная обучаемость и память NF 1 112
Рекомендуемая литература 113
114