Павло Балабан

Фотографія Павло Балабан (photo Pavel Balaban)

Pavel Balaban

  • Громадянство: Росія Сторінок:

    Біографія

    Директор Інституту вищої нервової діяльності розповів про пристрої пам’яті.

    У вівторок, 13 вересня, в рамках лекторію «Популярної механіки» пройде лекція професора, доктора біологічних наук, директора Інституту вищої нервової діяльності РАН Павла Балабана, присвячена пристрою пам’яті людини. Кореспондент «Стрічки.ру» поговорив з ученим і розпитав його, як працює пам’ять, чому люди часто запам’ятовують непотрібні речі і забувають потрібні, а також дізнався, чи можна поліпшити пам’ять.

    «Стрічка.ру»: Для початку дуже загальне питання. Пам’ять — що це взагалі таке і які структури мозку за неї відповідає?

    -Павло Балабан: Пам’ять — це те, за допомогою чого ми виживаємо в зовнішньому світі. Це спосіб адаптації нашої поведінки до зміни навколишнього середовища, а середовище постійно змінюється – наприклад, чоловік був ситим, але минуло небагато часу, і він зголоднів. Це вже зміна. Шляхом навчання ми купуємо якусь нову інформацію, яка відкладається у вигляді пам’яті. І виходить, що фактично всі структури мозку залучені в пам’ять — принаймні, структури, що відповідають за сприйняття і моторику, точно залучені. Також за пам’ять відповідають всі центральні інтеграційні структури.

    А спогади, наприклад, про смаки і про запахи зберігаються в різних структурах мозку або десь разом?

    -Так, ці спогади зберігаються незалежно один від одного, так як за сприйняття запахів, зорової інформації, слухової інформації і так далі у нас відповідають різні ділянки мозку. Але є ще інтегративні області, де б все це разом сходиться. І ось вони вважаються в даний час ключовими для пам’яті. Тому що можна просто побачити, але не запам’ятати — подібні штучні ситуації можна змоделювати в експериментах з тваринами.

    Що являють собою спогади? У вигляді чого вони зберігаються?

    -На сьогоднішній день вчені вважають, що спогади — це набір зв’язків. При надходженні інформації від аналізаторів — про світло, звук, ще про що-небудь, наявних у мозку нервових мережах змінюються співвідношення, або коефіцієнти, зв’язків між нервовими клітинами.

    Тобто при запам’ятовуванні в голові утворюються нові зв’язки між нейронами?

    -Змінюються існуючі зв’язки, але, швидше за все, з часом утворюються і нові теж. Якщо відбувається швидке запам’ятовування — наприклад, ми можемо протягом декількох секунд запам’ятати щось емоційно важливе на все життя змінюються існуючі.

    Але зв’язку між нейронами — це ж фактично сполучені один з одним відростки клітин. Хіба можна за кілька секунд утворити нові відростки нейронів?

    -Утворити нові зв’язки так швидко не можна, але змінити ефективність існуючих цілком можна.

    Яким чином?

    -Якщо між двома клітинами існує зв’язок, то вони можуть обмінюватися один з одним певними молекулами. Їх викид і сприйняття відбуваються за тисячні частки секунди. Але ефективність цієї зв’язку зазвичай не дуже висока. Але існують способи її підвищити, і при запам’ятовуванні саме це і відбувається. Більш того, інформація починає переважно текти до інших нейронів. Візьмемо класичний приклад з собакою, яку навчають, що при включенні лампочки вона отримує їжу. Якщо до навчання молекулами з низькою ефективністю обмінювалися тільки зорові нейрони, то після інформація починає з більш високою ефективністю текти і до моторних нейронів, і собака починає бігти і шукати їжу замість того, щоб просто стояти і дивитися на джерело світла.

    Молекулярні події відбуваються дуже швидко, але виникає питання, як надовго зберегти нову інформацію. Всі процеси, про які я говорив, відбуваються за участю білкових молекул, середній час життя яких — 48 годин, а після вони руйнуються і замінюються новими. До самого недавнього часу у дослідників не було жодної серйозної гіпотези, що пояснює, як можна закріпити інформацію, щоб ефективний обмін молекулами зберігався саме в цих контактах між нейронами, а не в сусідніх.

    Але буквально в останні кілька років вчені дуже натхненні гіпотезою американського нейрофізіолога Тодда Сэктора — він зараз просто зірка в цій галузі науки. Сэктор і колеги показали, що для довготривалого запам’ятовування критично важлива молекула білка під назвою протеїнкіназа М-зета.

    І що робить цей білок?

    -Цей білок контролює кількість рецепторів в контакті між нейронами, які як раз і сприймають ті молекули, якими нейрони обмінюються. Звичайна проблема, коли ми вивчаємо якісь процеси запам’ятовування на молекулярному рівні, полягає в тому, що коли ми прибираємо будь-яку молекулу, у нас порушується все, в тому числі і здатність до навчання.

    Але виявилося, що для звичайної життєдіяльності протеїнкіназа М-зета не потрібна. Однак якщо тварина чогось здобули, то до певної області мозку кількість цих молекул різко збільшується та підтримується високим фактично все життя, тому що ця молекула, як з’ясувалося, має властивість зворотного зв’язку — вона як би сама себе відтворює. Тобто коли час її життя кінчається, її місце займає нова молекула, і цей конкретний контакт з новою ефективністю продовжує працювати дуже і дуже довго.

    Протеїнкіназа М-зета якимось чином «позначає контакти, які повинні працювати, щоб зберігалися ті чи інші спогади?

    -Вона навіть не мітить контакт, вона визначає його ефективність — тобто, при навчанні за участю протеїнкінази М-зета частина контактів стають ефективними, а частина — ні. Цю молекулу можна стерти — тобто її можна заблокувати, і тварина втратить тільки пам’ять, зберігши при цьому здатність нормально навчатися і всі інші функції. Шляхом навчання можна відродити цю молекулу, так як її синтез постійно йде в ядрі нервових клітин — але вона з’являється тільки в потрібних контактів, пов’язаних із запам’ятовуванням саме тієї діяльності, якою ми навчаємо тварина. Ця нова гіпотеза Сэктора дає вченим дуже важливу можливість — можливість стирати спогади, так як деякі з них — наприклад, спогади про трагічні події — надзвичайно шкідливі і заважають людям жити.

    А яким чином можна буде дізнаватися потрібний контакт і не стерти замість, наприклад, спогади про смерть близької людини спогад про те, як водити машину?

    -Так, як вирішити цю задачу, вчені поки не знають. Заблокувати спогади можна за допомогою антитіл до протеинкиназе М-зета, але от як потрапити в потрібні області мозку, щоб не стерти занадто багато спогадів, у тому числі потрібних, — це поки неясно.

    Але проблема вибірковості існує не тільки у випадку стирання спогадів, але і у разі їх вилучення. Як мозок отримує потрібні спогади з величезної кількості іншої інформації? Наприклад, коли людина хоче згадати чийсь телефон, то він витягує з пам’яті саме ці цифри, а не спогади, скажімо, про минулий відпустці?

    -На це питання, на жаль, відповіді поки немає. І навіть немає підходів, які дозволили б встановити, як це відбувається. Але феноменологічно описати цей процес можна: будь спогад — це активація тієї ж мережі нейронів, яка була задіяна при навчанні. Якщо співпадуть кілька стимулів, і ви потрапите в ту ж обстановку, в якій відбулося запам’ятовування, то це збіг запускає таку ж активацію мереж, як тоді, коли ви опинилися в цих обставинах в перший раз. То є критично важливим є саме це збіг.

    Нерідко буває, що якісь непотрібні речі запам’ятовуються, а потрібні — ні. Це теж пов’язано з якимись збігами та асоціаціями?

    -Абсолютно точно. Це пов’язано з негативними асоціаціями, які мають властивість витісняти якісь інші. Причому це відбувається на підсвідомому рівні, але якщо у людини є негативне ставлення до якоїсь події, то при спробі згадати його в мозку виділяються певні молекули, які пригальмовують процес згадування. У підсумку, приклавши зусилля, ви можете пригадати цю подію, але мозок при цьому намагається обійти його. Тому що мозок будь-якої тварини, в тому числі і людини, прагне ще і ще раз відтворити ситуацію, пов’язану з чимось позитивним, приємним, і навпаки, якщо було щось неприємне, то він намагається це заблокувати.

    Чи можна з ваших слів зробити висновок, що в принципі в мозку зберігаються спогади практично про всіх ситуаціях, пережитих людиною, просто частина витягується, а частина — ні? Чи це не так?

    -Знаєте, зараз йде велика суперечка на цю тему. Частина вчених вважає, що вся інформація зберігається і просто ми іноді не можемо її отримати. І дійсно, є дані, що при сильних стимулів, впливі електрошоку, наприклад, людина раптом згадує дуже давні події, які, як він вважав, він вже й не пам’ятає. Проблема в тому, що не можна перевірити, чи справжні це спогади або, принаймні, частково вигадані. І є дані, що люди згадують те, чого ніколи не було. Частина вчених вважає, що відбувається стирання і не можна перезаписати інформації в певних ситуаціях. І є тверде свідчення, що, принаймні, змінити пам’ять можна.

    Як?

    -По суті справи, цим займається психоаналіз — певні методики змінюють спогади пацієнтів, коли їх змушують багаторазово переживати один і той ж подія, але лікар трохи коригує його кожен раз. Після того, як пацієнт переживає одну й ту ж ситуацію багато разів, у нього в мозку залишається спогад не зовсім про тієї ситуації, що була на початку, але сам людина щиро впевнений, що саме це він пережив. Але деякі фахівці вважають, що при цьому старі спогади десь теж зберігаються, просто їх важче отримувати. І цьому теж є досить чіткі докази. Але, на жаль, поки немає експериментальних підходів, які дозволили б точно з’ясувати, як воно насправді відбувається.

    У чому різниця у пристрої короткочасної і довготривалої пам’яті?

    -Короткочасна пам’ять не включає синтез нових білків. Проводилися експерименти, коли тварині вводили блокатори синтезу нових білків, навчали чомусь, воно навчалося, а на наступний день нічого не пам’ятала. Ці білки сприяють закріпленню нових зв’язків між нейронами. Причому це відбувається не миттєво, а через кілька годин. У тварин особливо яскраво це видно: чому ви їх навчаєте, через годину перевіряєте — вони майже нічого не пам’ятають. Даєте їм відпочити добу-дві — і виявляється, що вони пам’ятають все чудово.

    І останнє питання: є всякі книги, брошури, які пропонують вправи для тренування пам’яті. Вони взагалі ефективні? І якщо так, то що відбувається при цьому? Чому вони ефективні?

    -Так, тому що сприяє поліпшенню пам’яті будь-яка робота мозку. Мозок — він як м’яз: якщо її не вправляти, вона стає менше і слабшає, а якщо вправляти вона в хорошому стані. Мозок складається із м’язових клітин, а з нервових, але якщо клітини не працюють, то зв’язку між ними починають поступово відмирати. Це показано експериментально. Тому будь-яка розумова робота корисна, як корисні і різні біодобавки, в першу чергу, що містять магній. Вони зрушують ситуацію в кращу сторону, якщо щось було не так. Але якщо у вас все добре з мозком, то біодобавки і додаткові вправи вам не допоможуть. Якщо людина на роботі багато працює з комп’ютером, читає, йому потрібно щось говорити — то всі ці книги з вправами не можуть допомогти. Інша справа, якщо людина займається фізичною працею, мало спілкується — тоді так, заучування віршів або виконання спеціальних вправ може допомогти.