Veel mäletan põnevusfilmi "Johnny the Mnemonic". Seal implanteeris K. Reeves ajule mälupulga ja laadis sinna mõõtetu koguse teavet. Kui lahe on kõike meeles pidada! Kuid Sherlock Holmes nimetas mälu - pööningut. Kui viskate kõik sinna ja ladustate mitu aastat, on seda seal kiiresti võimatu leida ja võib-olla see ei toimi üldse. Seetõttu mäletas ta oma töös ainult seda, mida tal vaja oli.
Tänapäeval võib isegi vastus põhiküsimusele - mis on mälu ajas ja ruumis - koosneda peamiselt hüpoteesidest ja eeldustest. Kui me räägime kosmosest, siis pole ikka veel väga selge, kuidas mälu on korraldatud ja kus see täpselt ajus asub. Teadusandmed viitavad sellele, et selle elemendid esinevad kõikjal, meie "halli aine" igas piirkonnas.
Pealegi võib ühte ja sama näiliselt teavet eri kohtadesse mällu kirjutada.
Näiteks on kindlaks tehtud, et ruumiline mälu (kui mäletame esimest korda teatud keskkonda - tuba, tänav, maastik) on seotud ajupiirkonnaga, mida nimetatakse hipokampuseks. Kui proovime seda olukorda oma mälust välja jätta, ütleme näiteks kümme aastat hiljem, siis kaevandatakse see mälu juba hoopis teisest piirkonnast. Jah, mälu võib ajus liikuda ja seda väitlust illustreerib kõige paremini kanadega tehtud katse. Jäljendil on värskelt koorunud kanade elus oluline roll - kohene õppimine (ja mälu paigutamine on õppimine). Näiteks kana näeb suurt liikuvat eset ja "jäljendab" kohe aju: see on ema kana, peate teda järgima. Kuid kui viie päeva pärast eemaldatakse kanalt jäljendamise eest vastutav ajuosa, selgub, et … meelde jäänud oskus pole kuhugi läinud. See on kolinud teise piirkonda ja see tõestab, et on üks hoidla kohesete õpitulemuste jaoks ja teine pikaajaliseks säilitamiseks.
Meenutame rõõmuga
Kuid veelgi üllatavam on see, et ajus pole nii selget mälu liikumise järjestust operatiivsest püsivani, nagu see juhtub arvutis. Töömälu, mis salvestab koheseid aistinguid, käivitab samaaegselt ka muud mälumehhanismid - keskmise pikkusega ja pikaajalise. Kuid aju on energiamahukas süsteem ja seetõttu üritab ta oma ressursside, sealhulgas mälu, kasutamist optimeerida. Seetõttu on loodus loonud mitmeastmelise süsteemi. Töömälu moodustatakse kiiresti ja hävitatakse sama kiiresti - selleks on olemas spetsiaalne mehhanism. Kuid pikaajaliseks säilitamiseks registreeritakse tõesti olulised sündmused, samas kui nende olulisust rõhutavad emotsioonid, suhtumine infosse.
Reklaamvideo:
Füsioloogilisel tasandil on emotsioon kõige võimsamate biokeemiliste modulatsioonisüsteemide aktiveerimine. Need süsteemid vabastavad hormoonid-vahendajad, mis muudavad mälu biokeemiat õiges suunas. Nende hulgas on näiteks mitmesugused naudinghormoonid, mille nimed ei meenuta mitte niivõrd neurofüsioloogiat, vaid kriminaalset kroonikat: need on morfiinid, opioidid, kannabinoidid - see tähendab meie keha toodetud ravimid. Eelkõige tekivad endokannabinoidid otse sünapsites - närvirakkude kontaktides. Nad mõjutavad nende kontaktide tõhusust ja seega "julgustavad" selle või selle teabe mällu salvestamist. Muud hormoonide vahendajate hulgast pärit ained võivad vastupidi pärssida andmete edastamist töömälust pikaajalisse mällu.
Emotsionaalse, see tähendab biokeemilise mälu tugevdamise mehhanisme uuritakse nüüd aktiivselt. Ainus probleem on see, et sedalaadi laboratoorseid uuringuid saab teha ainult loomadega, kuid kui palju võib laborirott meile oma emotsioonidest rääkida?
Kui oleme midagi oma mällu salvestanud, siis tuleb mõnikord aeg seda teavet meelde jätta, st mälust ekstraheerida. Kuid kas sõna "väljavõte" on õige? Ilmselt mitte eriti. Näib, et mälumehhanismid ei hangita teavet, vaid taastavad selle. Nendes mehhanismides pole teavet, samamoodi nagu raadiovastuvõtja "riistvaras" pole häält ega muusikat. Kuid vastuvõtjaga on kõik selge - ta töötleb ja teisendab vastuvõetud elektromagnetilise signaali antenniks. Millist "signaali" mälu kaevandamisel töödeldakse, kus ja kuidas neid andmeid säilitatakse, on endiselt väga keeruline öelda. Kuid on juba teada, et meenutamise ajal kirjutatakse mälu ümber, seda muudetakse või vähemalt juhtub seda teatud tüüpi mäludega.
Mitte elekter, vaid keemia
Otsides vastust küsimusele, kuidas mälu muuta või isegi kustutada, on viimastel aastatel tehtud olulisi avastusi ja "mälumolekulist" on ilmunud hulk teoseid.
Tegelikult on nad kahesaja aasta jooksul proovinud sellist molekuli või vähemalt mõnd mõtte ja mälu materiaalset kandjat isoleerida, kuid ilma suurema eduta. Lõpuks jõudsid neurofüsioloogid järeldusele, et ajus pole midagi konkreetset mälule: seal on 100 miljardit neuroni, nende vahel on 10 kvadriljoni ühendust ja kuskil seal kosmose skaalaga võrgus on mälu, mõtted ja käitumine ühtlaselt kodeeritud. Teatavaid kemikaale ajus on üritatud blokeerida ja see on põhjustanud muutusi mälus, aga ka muutusi kogu keha töös. Alles 2006. aastal ilmusid esimesed biokeemilise süsteemi teosed, mis tundub mälu jaoks väga spetsiifiline. Tema ummistus ei muutnud käitumises ega õppimisvõimes muutusi - ainult osa mälu kaotusest. Näiteks olukorra mälestus,kui blokaator on süstitud hipokampusesse. Või emotsionaalne šokk, kui amügdalasse süstiti blokaator. Leitud biokeemiline süsteem on valk, ensüüm nimega proteiinkinaas M-Zeta, mis kontrollib teisi valke.
Üks peamisi neurofüsioloogia probleeme - võimetus inimestega katseid läbi viia. Kuid isegi primitiivsetel loomadel on põhilised mälumehhanismid sarnased meie omadega.
Molekul töötab sünaptilise kontakti kohas - aju neuronite kontaktis. Siinkohal peame tegema ühe olulise kõrvalekalde ja täpsustama nende kontaktide spetsiifikat. Aju võrreldakse sageli arvutiga ja seetõttu arvavad paljud inimesed, et neuronite vahelised ühendused, mis loovad kõik, mida me nimetame mõtlemiseks ja mäluks, on oma olemuselt puhtalt elektrilised. Kuid see pole nii. Sünapside keel on keemia, siin interakteeruvad mõned sekreteeritud molekulid nagu lukuga võti teiste molekulidega (retseptoritega) ja alles siis algavad elektrilised protsessid. Synapsise efektiivsus ja kõrge läbilaskevõime sõltuvad sellest, kui palju konkreetseid retseptoreid närvirakkude kaudu kontaktkohta toimetatakse.
Spetsiaalsete omadustega valkValgukinaas M-Zeta kontrollib lihtsalt renaktorite kohaletoimetamist sünapsisse ja suurendab seeläbi selle efektiivsust. Kui need molekulid lülitatakse sisse korraga kümnete tuhandete sünapside ajal, toimub signaali ümbersuunamine ja teatud neuronite võrgu üldised omadused muutuvad. Kõik see räägib meile vähe sellest, kuidas mälu muutused selles ümbersuunamises kodeeritakse, kuid kindel on üks asi: kui proteiinkinaasi M-Zeta blokeeritakse, siis mälu kustutatakse, sest seda pakkuvad keemilised sidemed ei tööta. Äsja avastatud mälu "molekulil" on mitmeid huvitavaid omadusi.
Esiteks on see võimeline ennast taastootma. Kui õppimise (see tähendab uue teabe saamise) tulemusel moodustub sünapsis teatud lisand teatud koguse proteiinkinaasi M-Zeta kujul, siis võib see kogus püsida seal väga pikka aega, hoolimata asjaolust, et see valgu molekul laguneb kolme-nelja päevaga. Millegipärast mobiliseerib molekul raku ressursse ja tagab uute molekulide sünteesi ja kohaletoimetamise sünaptilise kontakti kohale, et asendada allesjäänud.
Teiseks on M-zeeta proteiinkinaasi üks huvitavamaid omadusi selle blokeerimine. Kui teadlastel oli vaja hankida ainet katseteks mälu "molekuli" blokeerimiseks, lugesid nad lihtsalt tema geeni sektsiooni, mis kodeerib tema enda peptiidide blokeerijat, ja sünteesisid selle. Kuid seda blokeerijat ei tooda rakk ise kunagi ja mis eesmärgil evolutsioon jättis oma koodi genoomi, on ebaselge.
Molekuli kolmas oluline omadus on see, et nii sellel kui ka selle blokeerijal on kõigi närvisüsteemiga elusate asjade jaoks peaaegu identne välimus. See näitab, et proteiinkinaasi M-Zeta inimeses on tegemist kõige iidsema adaptiivse mehhanismiga, millele inimese mälu on üles ehitatud.
Muidugi ei ole proteiinkinaas M-Zeta "mälumolekul" selles mõttes, nagu mineviku teadlased seda lootsid leida. See ei ole meeldejääva teabe oluline kandja, kuid toimib ilmselgelt ajusiseste ühenduste tõhususe peamise regulaatorina, algatab õppimise tulemusel uute konfiguratsioonide tekkimise.
Võtke ühendust
Nüüd on katsed proteiinkinaasi M-Zeeta blokeerijaga mõnes mõttes "kogu piirkonnas tulistada". Aine süstitakse katseloomade teatud ajuosadesse väga õhukese nõela abil ja seetõttu lülitatakse mälu suurtes funktsionaalsetes plokkides kohe välja. Blokeerija tungimise piirid pole alati selged, nagu ka selle kontsentratsioon sihtkohaks valitud ala piirkonnas. Selle tulemusel ei anna kõik selle valdkonna katsed üheselt mõistetavaid tulemusi.
Tõelise mõistmise mälus toimuvatest protsessidest võib anda töö üksikute sünapside tasemel, kuid see nõuab blokaatori sihtotstarbelist kohaletoimetamist neuronite vahelise kontakti kaudu. Täna on see võimatu, kuid kuna selline ülesanne seisab teaduse ees, siis varem või hiljem ilmuvad selle lahendamiseks vajalikud vahendid. Optogeneetikale on pandud erilisi lootusi. On kindlaks tehtud, et rakku, millesse on sisse viidud valgustundliku valgu sünteesi võime, saab geenitehnoloogia meetoditega kontrollida laserkiire abil. Ja kui selliseid manipuleerimisi elusorganismide tasemel pole veel tehtud, tehakse midagi sarnast juba kasvanud rakukultuuride põhjal ja tulemused on väga muljetavaldavad.
Autor - bioloogiateaduste doktor, Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliige, professor, IVNDiNF RAS direktor
