О, память сердца! Ты сильней
Человеческая память - цифровая или аналоговая? Вопрос типичный для компьютерной эпохи, но некорректный. Дискретность и непрерывность - свойства наших моделей реальности, а не ее самой. Под лупой мы ясно видим отдельные песчинки, но, планируя погрузку песка в вагоны, все же считаем его непрерывным. Аналогично, компьютерная память «дискретна» только потому, что мы используем лишь некоторые свойства ее физического носителя, игнорируя остальные.
Ключом к пониманию механизмов памяти владеют более простые организмы. Вот, например, подвижные бактерии, способные перемещаться по градиенту привлекательных для них химических веществ. Как же они определяют этот градиент? Измеряют концентрацию в настоящий момент и сравнивают ее с той, какая была вокруг клетки в предыдущий момент ее движения. «Память» об этой прошлой концентрации закодирована в уровне фосфорилирования определенных белков, влияющем на их активность, которая задает скорость движения бактерии (подробнее об этом здесь).
Поведение человека, конечно, куда сложнее поведения бактерии, но базовый принцип памяти у нас тот же: восприятие стимула запускает процесс молекулярно-биологической перестройки приемника, так что следующий стимул воздействует, по сути, уже на другую структуру - в полном соответствии с Гераклитом, утверждавшим, что нельзя дважды войти в одну реку.
Детали различаются для разных видов памяти, но в любом случае вызванная стимулом перестройка приводит к избирательной модификации проводимости синапсов (контактов между нейронами). Кратковременные изменения проводимости - результат изменения активности уже имеющихся в пре- и постсинаптических нейронах белков за счет их фосфорилирования. Долговременные изменения требуют синтеза новых белков и образования новых синапсов, что достигается запуском экспрессии генов и перестройками хроматина.
Героические люди разобрали синапс «по кирпичикам»: картинка внизу позволяет представить, как устроен синаптический бутон - утолщение аксона в области синапса (аксон - это «выходящий» отросток нейрона, по нему возбуждение передается другим нейронам). Постсинаптическая область организована еще сложнее, и, разумеется, состав белков различается в разных типах синапсов.
Трехмерная реконструкция синаптического бутона в мозгу крысы (из статьи Benjamin G. Wilhelm и др. 2014). Слева вверху - общий вид бутона, слева внизу - увеличенный участок, примыкающей к пресинаптической мембране (активной зоне), справа - расшифровка отдельных белков
Среди белков, задействованных в долгосрочной памяти, примечательны прионы, известные своими вредоносными агрегатами, образующимися при болезни Альцгеймера. Их нормальная, физиологически контролируемая роль - стимуляция «спящих» молекул РНК в активном синапсе. Толковый обзор механизмов памяти есть у нобелевского лауреата Эрика Кандела - человека, сделавшего для их выяснения, может быть, больше кого-либо другого.
Click to viewДля тех, кто любит видео - популярная лекция Эрика Кандела
о молекулярных механизмах памяти (2008). Однажды я была на его пленарном докладе на нейрофизиологической конференции и впечатлилась не только содержанием доклада, но и мастерством изложения
Спасибо уважаемому old_leon за вопрос, сподвигнувший меня на написание этого поста.