Память и включение фукозы
В последующем Майк убедился, что изменения можно впервые обнаружить уже через час после клевания бусины. Полученные им данные ясны: происходило увеличение числа синапсов в LPO, числа пузырьков в каждом синапсе и даже длины постсинаптического утолщения в левых IMHV и LPO. Все это наряду с изменением числа и величины шипиков на дендритах было именно тем, чего следовало ожидать, если у цыплят, клевавших бусину и запоминавших связь между этим действием и ощущением горького вкуса, перестраивались синапсы в IMHV и LPO.
Такая перестройка кодировала (или отображала) эту новую ассоциацию и связанное с ней изменение поведения "не клевать" вместо "клевать", когда цыплята вторично видели бусину [15].
Резюмируем все сказанное до сих пор. Как видно из 10.3, можно думать, что клевание горькой бусины запускает у цыпленка каскад биохимических процессов в двух специфических участках мозга. Вначале происходят кратковременные изменения мозгового кровотока и использования энергии; при этом быстро усиливаются взаимодействия между нейромедиа-тором и его рецепторами, что ведет к изменению свойств синаптических мембран и к повышению эффективности связи между пре- и постсинаптическим нейронами.
Эти изменения в свою очередь порождают сигналы для клеточного ядра, в котором сначала активируются несколько "ранних" генов, а потом и гены, необходимые для синтеза новых компонентов синаптических мембран, особенно гликопротеинов. В последу-
ющие часы эти гликопротеины включаются в синаптические мембраны, увеличивая число шипиков на дендритах и размеры зон оинаптического контакта в левом IMHV и в левом и правом LРО. Не так уж мало, если учесть, что цыпленок всего лишь однажды клюнул горькую бусину!
Третий критерий: необходимость и достаточность
Пока все идет хорошо, но самый факт сопутствующих изменений не доказывает, что они необходимы для образования следов памяти. Иными словами, я должен еще проверить ситуацию на соответствие моему третьему, редукционистскому критерию. Пока я этого не сделал, вся сложная последовательность событий, установленная за десять лет работы, может оказаться просто результатом неприятного вкуса во рту цыпленка, не имеющим ничего общего с научением и памятью.
Одним из способов такой проверки мог бы служить довольно грубый опыт Мэри Гиббс, которая помещала метилантранилат в клюв цыплятам с закрытыми глазами и не находила после этого никаких изменений в рецепторах для синаптического медиатора. Однако лишение птенцов способности видеть само по себе отнюдь не безразлично для их реакции, поэтому результаты таких опытов не слишком убедительны. В идеале мне были бы нужны две группы успешно обученных цыплят, в одной из которых цыплята в последующем забывали бы усвоенную связь, а в другой помнили ее.
Во втором случае у них должны были выявляться все описанные выше процессы на уровне синапсов, а в первом их не было бы.
Размышляя над решением этой проблемы, я натолкнулся на статью Ларри Беновица, нейробиолога из Гарвардского университета, опубликованную в начале семидесятых годов. В ней описывалось, как цыплят обучали пассивному избеганию и сразу после этого пропускали через голову слабый электрический разряд, что, по-видимому, заставляло их забыть связь между видом и вкусом бусины: при повторном предъявлении они клевали ее так же энергично, как и в первый раз. Но если ток пропускали не ранее десяти минут после обучения, память о приобретенном опыте сохранялась и цыплята избегали повторно клевать бусину [16]. Это можно было объяснить тем, что ранние этапы образования энграмм связаны с электрической активностью нейронов, а она нарушалась при воздействии тока сразу после обучения; при более позднем пропускании тока
эти этапы успевали завершиться и процесс мог беспрепятственно идти дальше.
Это сразу же подсказало мне план дальнейших экспериментов. Нужно было обучить цыплят, используя горькую бусину, воздействовать на них электротоком сразу или через несколько минут после обучения и сравнить биохимические изменения у птенцов, забывших связь между видом и вкусом бусины, и у сохранивших это воспоминание. Мы сконструировали небольшое и очень простое устройство, которое позволяло пропустить слабый ток через голову цыпленка, когда его держали в руках; прохождение разряда я контролировал на собственном пальце это было всего лишь короткое покалывание, и цыплята едва замечали его. Таким образом я смог проверить данные Беновица.
Он оказался прав: если ток пропускали уже через минуту после обучения, у большинства цыплят развивалась амнезия, а при задержке на десять минут цыплята избегали клевать бусину повторно.
Но двух групп было недостаточно для хорошего эксперимента: нужны были шесть групп. Обозначим их буквами. В трех группах, В, ВЭ и ВЭ, цыплятам предлагали для обучения бусину, смоченную водой (В), а в трех других, М, МЭ и МЭ, бусину с метилантранилатом (М).
В группах В и М цыплят не подвергали электрическому (Э) воздействию (точнее, подвергали "ложному" воздействию проделывали все те же манипуляции, но при выключенном токе). В группах ВЭ и МЭ ток пропускали сразу после обучения, а в группах ВЭ МЭ несколько позже. Если показателем нейрохимических изменений служило, скажем, повышенное включение фукозы в часы после тренировки, то можно было ожидать различий между группами В и М вследствие обучения и между группами ВЭ и МЭ, поскольку цыплята, получавшие шок не сразу после тренировки, клевали бусину и сохраняли память.
Наиболее важно сопоставление групп ВЭ и МЭ: цыплята группы МЭ клевали горькую бусину, но не помнили об этом и снова клевали ее при повторном предъявлении. Если биохимические изменения в мозгу отражают лишь факт клевания горькой бусины, то включение фукозы у цыплят группы МЭ будет таким же, как в группах М и МЭ, и выше, чем у всех цыплят, клевавших бусину, смоченную водой (группы В, ВЭ, ВЭ). Если же повышенное включение связано с запоминанием, то его изменение в группе МЭ будет таким же, как в группе ВЭ,
10.8. Память и включение фукозы. Высота каждого столбика соответствует количеству включившейся фукозы. Светлые столбики показывают включение у цыплят, клевавших бусину, смоченную водой, а темные бусину с метилантранилатом.
Буквы под каждым столбиком соответствуют обозначению групп в тексте. I цыплята, не подвергавшиеся шоку, с ожидавшимся повышением включения фукозы после клевания бусины с метилантранилатом; II цыплята, подвергавшиеся шоку сразу после обучения (включение не повышено); III цыплята, подвергавшиеся шоку позднее (включение повышено после клевания бусины с металантранилатом). Обратите внимание на отсутствие достоверного различия между всеми группами цыплят, клевавших бусину, смоченную водой.
Это говорит о том, что сам по себе шок не влиял на включение фукозы.
и слабее, чем в группах М и МЭ. Разумеется, для получения надежных результатов опыты следовало бы повторить на достаточно большом числе цыплят до 12 в каждой группе, но при анализе данных они уже оказались вполне однозначными, и я не могу удержаться, чтобы не привести их на 10.8 [17].
Повышенное включение фукозы наблюдали только в тех группах, где цыплята помнили предшествующий опыт. У обученных, но забывших об этом цыплят такое повышение отсутствовало. Кроме того, оказалось, что само по себе электрическое воздействие не влияло на этот биохимический показатель, как было видно при сравнении подвергавшихся и не подвергавшихся ему цыплят, клевавших безвкусную бусину. Я был так доволен возможностью иметь столь простой и точный контроль, что использовал его и при изучении некоторых других ключевых стадий каскада; я обнаружил, например, что увели-
10.9. Эксперимент с расспанным по полу гравием. Четыре группы птенцов (К, Л, М и Н) обучали в течение двух дней, как описано в тексте.
Темные столбики частота клевания, а светлые активность C-jun. Хотя больше всего клюют уже обученные цыплята группы Н, активность c-jun наиболее высока в обучавшейся группе М.
чение числа шипиков на дендритах происходит только у помнящих, но отсутствует у непомнящих цыплят [18].
У меня еще оставались сомнения, но не потому, что я ставил под вопрос разумную логику этого эксперимента, а потому, что было бы лучше провести опыт так, чтобы избежать воздействия на цыплят даже слабым током. Что я имею в виду, говоря о "лучшем" варианте? Эксперименты с использованием электрошока логичны и изящны, но такое воздействие на цыплят неприятно с эстетической (моральной? я не уверен) точки зрения, каким бы слабым ни было вызываемое им ощущение.
Поэтому пару лет назад мы с Костей Анохиным разработали иную процедуру, избавляющую цыплят от малейших неприятных воздействий, даже от клевания горькой бусины. Цыплят помещают на поверхность, усыпанную смесью гранулированного корма с гравием примерно тех же размеров и цвета. Сначала цыплята без разбора клюют и корм, и гравий, но через несколько минут замечают разницу и начинают выбирать кормовые гранулы, избегая гравия (особенно если
его частицы приклеены к полу!). Мы разделяли цыплят на две группы и растягивали опыт на два дня.
