Природа — великий мастер, создавший множество совершеннейших вещей. Удивительны непреоборимая твердость алмаза, прекрасен аромат розы.Но самое удивительное из всех творений природы, бесспорно, человеческий мозг. Человек уже научился искусственно воссоздавать кристаллическую решетку алмаза, он умеет ювелирно управлять расщеплением атомных ядер, дотянулся рукой приборов до соседних планет, но и сегодня он еще очень мало знает о том, как работает его мозг.
Гипотеза электрической памяти
Было время, когда ученые считали, что запоминание, сохранение информации связано с изменениями формы и размеров нервных клеток мозга. В 1920 году было установлено, что в мозге протекают интенсивные электрические процессы. Сразу же возникла гипотеза электрической памяти.
Смысл этой гипотезы: поступающая в мозг информация записывается в виде электрических цепей, охватывающих те или иные системы нервных клеток. В этих устойчивых цепях, в этих связях и записано все то, что знает и помнит человек.
Электрическая гипотеза в течение длительного времени казалась наиболее вероятной. Она хорошо подтверждалась тем, что в человеческом мозге непрерывно поддерживается электрическая активность, однако со временем появились новые факты, объяснить которые эта гипотеза оказалась бессильной.
В 1940 году американский ученый Карл Лешли нанес электрической гипотезе памяти смертельный удар. Лешли рассекал ланцетом поверхность мозга на отдельные куски, при этом, конечно, должны были разорваться и цепи памяти. Но оказалось, что память почти не пострадала. Значит, ее суть не в электрических цепях, связывающих клетки. Так в чем же?
Роль ДНК в работе механизма памяти
Сороковые и пятидесятые годы XX века отмечены блестящими успехами генетики. Была доказана решающая роль молекул нуклеиновой кислоты особого вида, так называемой ДНК, в механизме наследственности. Последовательностью отдельных звеньев, составляющих длинную цепь молекулы этой кислоты, записывается, как буквами в строчке, информация, которая передается от родителей к детям.
И перед учеными встал вопрос: а не подобным ли способом записывается в нервных клетках мозга и не передаваемая по наследству информация?
Как всегда, судьей гипотезы выступил опыт. И даже не один, а целая серия опытов. Эти опыты привлекли всеобщее внимание. И все они убедительно подтвердили: да, догадки ученых справедливы.
Как всегда, судьей гипотезы выступил опыт. И даже не один, а целая серия опытов. Эти опыты привлекли всеобщее внимание. И все они убедительно подтвердили: да, догадки ученых справедливы.
Сотрудники Мичиганского университета в США экспериментировали с планариями — плоскими червями, стоящими по своей организации на одной из низших ступеней эволюции.
Планарий освещали, а затем следовал удар электрическим током. У подопытных возникал условный рефлекс: они запоминали, что за лучом света следует неприятное ощущение, и начинали резко поворачивать голову, как только на нее падал луч света.
Обученных планарий разрезали на части. Черви не погибали. У головной части вскоре вырастал хвост, у хвостовой — голова. Через некоторое время дочерних планарий осветили таким же образом, как и их родителей. То, что от этого вздрогнули планарии, выросшие из головных частей, удивительным не было. Но точно так же вздрогнули и планарии, выросшие из хвостовых частей!
Тогда ученые поставили еще один опыт. Они кормили необученных планарий обученными собратьями. Оказалось, что планарии — каннибалы гораздо быстрее овладевают наукой, чем контрольная группа червей. Значит, какие-то элементы, в которых записана информация, перешла из пищи в их организм. Какие же?
По ряду соображений биологи решили, что это могут быть только молекулы другого вида нуклеиновых кислот, так называемой РНК. Ведь если бы это было ДНК, ответственная за наследственную память, то по наследству передавалась бы любая усвоенная организмом информация.
Опыт с молекулой РНК в механизме памяти
Решающий опыт поставила группа ученых Калифорнийского университета под руководством доктора А. Джекобсона.
У группы крыс был выработан условный рефлекс: их кормили только после того, как крысы слышали звук щелчка. Скоро крысы приучились, услышав щелчок, кидаться по сложной дорожке к кормушке. Затем из клеток мозга этих обученных крыс выделили РНК и впрыснули крысам второй группы, которых ничему не учили.
Через пять часов после инъекции крысы контрольной группы начали реагировать на звук щелчка так, словно они прошли соответствующий курс подготовки. Ученые были потрясены. Ведь в чуть мутноватой жидкости за стеклом шприца плавали молекулы, в которых была записана информация, память!
Другая группа опытов в механизме записи информации
Другая группа интересных опытов была проведена шведским ученым Хольгером Хиденом. Он обучил крыс находить в лабиринте кратчайший путь, ведущий к пище. Затем животным было введено специальное химическое вещество, которое тормозит деятельность РНК. Крысы сохранили приобретенное ранее знание, хотя научить их чему бы то ни было новому стало теперь совершенно невозможно.
Значит, РНК является промежуточным звеном в механизме записи информации, ее временным хранителем, а не носителем, так сказать, пером, которым пишут, а не бумагой, которая хранит написанное.
Работа механизма памяти
Как работает механизм памяти? Еще очень трудно ответить на этот вопрос со всеми подробностями, во всех деталях. Непосредственное исследование нервных клеток мозга показало, что во время работы протоплазма клеток как бы разжижается. В них начинается интенсивный синтез белковых веществ и нуклеиновой кислоты.
Как известно, этот синтез белков осуществляется по командам ДНК. Передачу команд белку осуществляют молекулы РНК. Механизм этот тщательнейшим образом изучался в научных лабораториях многих стран. В частности, интересная гипотеза о механизме введения в клетку информации была разработана академиком П. К. Анохиным.
Вместе со своими сотрудниками он обратил особенное внимание на так называемые синапсы — пункты контакта нервных волокон с нервными клетками, на те ворота, через которые возбуждения попадают из нервных волокон в нервные клетки. Нервная клетка коры головного мозга может иметь до нескольких тысяч синапсов.
Еще сравнительно недавно в науке господствовало мнение, что синапсы однородны по своему устройству и химическому составу. Опыты, проведенные в лаборатории П. К. Анохина, показали, что синапсы структурно и химически разнородны.
Благодаря химической разнородности синапсов возбуждение, пришедшее через определенный синапс в клетку, вызывает свойственную лишь ему цепь химических реакций в протоплазме — цепь, ведущую в РНК. Возбуждение, принятое другим синапсом, вызывает иную цепь химических реакций, но и они также приводят к пунктам, где содержится РНК. Конечно, процессы эти длятся сотые доли секунды.
Можно сравнить синапсы нервной клетки с клавишами пишущей машинки. При этом машинистка нажимает именно ту букву, которая ей нужна, а вот как соответствующее возбуждение находит именно свой синапс — сказать пока трудно. Клавиши приводят в действие рычажной механизм — и буква отпечатана на бумаге. Возбуждение синапса приводит в действие химический механизм, действие которого завершается, по-видимому, изменениями в РНК, а за ними следует репродуцирование соответствующего белка. Информация отпечатана в памяти…
Это пока еще не полный ответ на вопрос, как работает механизм памяти. Этот механизм нельзя представить себе без учета взаимодействия бесчисленных систем нервных клеток. Но расшифровка этого процесса, одного из самых загадочных в природе, будет продолжаться со все возрастающим ускорением.
РНК в клетках мозга
Хольгер Хиден брал пробы мозга у лиц, погибших при несчастных случаях, и подверг эти пробы анализу на РНК. Оказалось, что количество РНК в клетке находится в прямой зависимости от возраста человека.
У новорожденных содержание этой нуклеиновой кислоты очень невелико. Больше всего РНК содержат клетки людей в возрасте от трех до сорока лет. Затем количество РНК снова резко сокращается, достигая в конце концов уровня новорожденных.
Ученый предположил, что содержанием РНК определяется количество информации, которое может быть усвоено мозгом. Отсюда совсем недалеко до чисто практических выводов. И ученые разных стран мира продолжают делать опыты по использованию РНК для улучшения памяти людей пожилого возраста.
Больным старческим ослаблением памяти делают ежедневно инъекции РНК. По имеющимся сообщениям, эти опыты дали положительные результаты.
Перспективы в изучении работы памяти
Ну а каковы же перспективы в изучении вопроса, как работает механизм памяти ? Они могут быть блистательными.
Выяснение работы механизма памяти и его отдельных звеньев, вероятно, даст возможность интенсифицировать процесс запоминания, ускорить и облегчить обучение. На какое из звеньев механизма запоминания будет осуществлено воздействие, сказать сегодня трудно. Вряд ли дело ограничится элементарными инъекциями РНК.
Внесение в мозг знаний в готовом виде
Еще более заманчива идея внесения в мозг знаний в готовом виде. Ведь если будет расшифрован код памяти РНК то, можно будет создать искусственно такие записи, как компьютерные программы.
Сложно ли синтезировать длинные молекулы РНК с такой точностью? Да, разумеется, сложно. Но не невозможно. Ведь сложно было научиться синтезировать и молекулу инсулина, а сегодня синтетический инсулин можно купить в любой аптеке. Так почему не считать возможным, что в аптеках будущего будут продавать наборы флаконов с РНК? В одних окажется записан полный курс геометрии, в других — сопромата, в третьих — квантовой механики.
Передача памяти по наследству
Не менее фантастична, но также абсолютно научна и другая возможность — передача памяти по наследству. Представляете, как упростится процесс познания, осуществись эта возможность! Как сравнительно немного надо будет «доучивать» каждому последующему поколению, как рано сможет каждый человек включиться в творческую жизнь.
Все эти идеи находятся пока вне пределов точного научного прогнозирования. Но учитывая стремительный темп развития современной науки, можно смело утверждать, что уже ближайшие годы или перенесут их в планы работ научных институтов, или отбросят совсем.
А это значит, что несколько ближайших десятилетий превратит их в обыденную реальность.
Заметим, однако, и еще одно. Да, разгадка того, как работает механизм памяти будет иметь огромное значение и огромные практические приложения. Но это еще не будет разгадкой механизма мышления, еще одним направлением на пути познания работы мозга, самого загадочного из созданий природы на пути эволюции, в котором остается еще останется очень много загадок.
А это значит, что несколько ближайших десятилетий превратит их в обыденную реальность.
Заметим, однако, и еще одно. Да, разгадка того, как работает механизм памяти будет иметь огромное значение и огромные практические приложения. Но это еще не будет разгадкой механизма мышления, еще одним направлением на пути познания работы мозга, самого загадочного из созданий природы на пути эволюции, в котором остается еще останется очень много загадок.