Ich erinnere mich noch an den Actionfilm "Johnny the Mnemonic". Dort implantierte K. Reeves ein Flash-Laufwerk in das Gehirn und lud dort nicht gemessene Informationsmengen hoch. Wie cool ist es, sich an alles zu erinnern! Aber Sherlock Holmes nannte Erinnerung - den Dachboden. Wenn Sie alles dorthin werfen und es viele Jahre lang aufbewahren, ist es unmöglich, es dort schnell zu finden, und vielleicht funktioniert es überhaupt nicht. Deshalb erinnerte er sich nur an das, was er für seine Arbeit brauchte.
Selbst die Antwort auf die grundlegende Frage - was ist Erinnerung in Zeit und Raum - kann heute hauptsächlich aus Hypothesen und Annahmen bestehen. Wenn wir über den Raum sprechen, ist immer noch nicht klar, wie das Gedächtnis organisiert ist und wo genau es sich im Gehirn befindet. Wissenschaftliche Daten legen nahe, dass seine Elemente überall in jedem Bereich unserer "grauen Substanz" vorhanden sind.
Darüber hinaus können anscheinend ein und dieselbe Information an verschiedenen Stellen in das Gedächtnis geschrieben werden.
Zum Beispiel wurde festgestellt, dass das räumliche Gedächtnis (wenn wir uns zum ersten Mal an eine bestimmte Umgebung erinnern - einen Raum, eine Straße, eine Landschaft) mit einem Bereich des Gehirns verbunden ist, der Hippocampus genannt wird. Wenn wir versuchen, diese Situation beispielsweise zehn Jahre später aus unserem Gedächtnis zu entfernen, wird dieses Gedächtnis bereits aus einem völlig anderen Bereich extrahiert. Ja, das Gedächtnis kann sich im Gehirn bewegen, und diese These lässt sich am besten durch ein Experiment veranschaulichen, das einmal mit Hühnern durchgeführt wurde. Das Prägen spielt eine wichtige Rolle im Leben frisch geschlüpfter Hühner - sofortiges Lernen (und Gedächtnisplatzierung ist Lernen). Zum Beispiel sieht ein Huhn ein großes sich bewegendes Objekt und "prägt" sofort das Gehirn ein: Dies ist ein Mutterhuhn, Sie müssen ihr folgen. Aber wenn nach fünf Tagen der Teil des Gehirns, der für das Prägen verantwortlich ist, vom Huhn entfernt wird, stellt sich heraus, dass … die auswendig gelernte Fähigkeit nirgendwo hingegangen ist. Es ist in einen anderen Bereich umgezogen, und dies beweist, dass es ein Repository für unmittelbare Lernergebnisse und ein anderes für die Langzeitspeicherung gibt.
Wir erinnern uns gerne
Umso überraschender ist es, dass das Gehirn keine so klare Abfolge von Gedächtnisbewegungen von operativ zu permanent aufweist, wie dies bei einem Computer der Fall ist. Das Arbeitsgedächtnis, das unmittelbare Empfindungen aufzeichnet, löst gleichzeitig andere Gedächtnismechanismen aus - mittel- und langfristig. Das Gehirn ist jedoch ein energieintensives System und versucht daher, die Nutzung seiner Ressourcen, einschließlich des Gedächtnisses, zu optimieren. Daher hat die Natur ein mehrstufiges System geschaffen. Das Arbeitsgedächtnis wird schnell gebildet und ebenso schnell zerstört - dafür gibt es einen speziellen Mechanismus. Aber wirklich wichtige Ereignisse werden für die Langzeitspeicherung aufgezeichnet, während ihre Bedeutung durch Emotionen und die Einstellung zu Informationen betont wird.
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Auf physiologischer Ebene ist Emotion die Aktivierung der stärksten biochemischen Modulationssysteme. Diese Systeme setzen Hormon-Mediatoren frei, die die Biochemie des Gedächtnisses in die richtige Richtung verändern. Darunter befinden sich zum Beispiel verschiedene Hormone des Vergnügens, deren Namen nicht so sehr an die Neurophysiologie, sondern an die kriminelle Chronik erinnern: Morphine, Opioide, Cannabinoide - also Medikamente, die von unserem Körper produziert werden. Insbesondere Endocannabinoide werden direkt an Synapsen erzeugt - den Kontakten von Nervenzellen. Sie beeinflussen die Wirksamkeit dieser Kontakte und "fördern" somit die Aufzeichnung dieser oder jener Informationen im Speicher. Andere Substanzen aus der Anzahl der Hormonmediatoren können im Gegenteil den Prozess der Datenübertragung vom Arbeitsgedächtnis in das Langzeitgedächtnis unterdrücken.
Die Mechanismen der emotionalen, dh biochemischen Gedächtnisverstärkung werden derzeit aktiv untersucht. Das einzige Problem ist, dass Laboruntersuchungen dieser Art nur an Tieren durchgeführt werden können, aber wie viel kann uns eine Laborratte über ihre Emotionen erzählen?
Wenn wir etwas in unserem Gedächtnis gespeichert haben, ist es manchmal an der Zeit, sich diese Informationen zu merken, dh sie aus dem Gedächtnis zu extrahieren. Aber ist das Wort "extrahieren" richtig? Anscheinend nicht sehr viel. Es scheint, dass Speichermechanismen Informationen nicht abrufen, sondern neu generieren. Diese Mechanismen enthalten keine Informationen, ebenso wenig wie Sprache oder Musik in der "Hardware" eines Funkempfängers. Mit dem Empfänger ist jedoch alles klar - er verarbeitet und wandelt das an die Antenne empfangene elektromagnetische Signal um. Welche Art von "Signal" beim Extrahieren von Speicher verarbeitet wird, wo und wie diese Daten gespeichert werden, ist immer noch sehr schwer zu sagen. Es ist jedoch bereits bekannt, dass während der Erinnerung der Speicher neu geschrieben, geändert wird, oder zumindest bei einigen Speichertypen.
Nicht Elektrizität, sondern Chemie
Auf der Suche nach einer Antwort auf die Frage, wie man das Gedächtnis verändern oder sogar löschen kann, wurden in den letzten Jahren wichtige Entdeckungen gemacht und eine Reihe von Arbeiten zum "Gedächtnismolekül" veröffentlicht.
Tatsächlich haben sie zweihundert Jahre lang versucht, ein solches Molekül oder zumindest einen materiellen Träger von Gedanken und Gedächtnis zu isolieren, aber ohne großen Erfolg. Am Ende kamen Neurophysiologen zu dem Schluss, dass es im Gehirn nichts Spezifisches für das Gedächtnis gibt: Es gibt 100 Milliarden Neuronen, es gibt 10 Billiarden Verbindungen zwischen ihnen und irgendwo da draußen in diesem kosmischen Netzwerk sind Gedächtnis, Gedanken und Verhalten einheitlich codiert. Es wurden Versuche unternommen, bestimmte Chemikalien im Gehirn zu blockieren, und dies hat zu einer Veränderung des Gedächtnisses geführt, aber auch zu einer Veränderung der Funktion des gesamten Körpers. Erst 2006 erschienen die ersten Arbeiten zum biochemischen System, das für das Gedächtnis sehr spezifisch zu sein scheint. Ihre Blockade verursachte keine Änderung des Verhaltens oder der Lernfähigkeit - nur den Verlust eines Teils ihres Gedächtnisses. Zum Beispiel die Erinnerung an die Situation,wenn der Blocker in den Hippocampus injiziert wurde. Oder emotionaler Schock, wenn ein Blocker in die Amygdala injiziert wurde. Das gefundene biochemische System ist ein Protein, ein Enzym namens Proteinkinase M-Zeta, das andere Proteine kontrolliert.
Eines der Hauptprobleme der Neurophysiologie - die Unfähigkeit, Experimente am Menschen durchzuführen. Selbst bei primitiven Tieren ähneln die grundlegenden Gedächtnismechanismen unseren.
Das Molekül arbeitet an der Stelle des synaptischen Kontakts - Kontakt zwischen Neuronen im Gehirn. Hier müssen wir einen wichtigen Exkurs machen und die Besonderheiten dieser Kontakte klären. Das Gehirn wird oft mit einem Computer verglichen, und daher denken viele Menschen, dass die Verbindungen zwischen Neuronen, die alles schaffen, was wir Denken und Gedächtnis nennen, rein elektrischer Natur sind. Aber das ist nicht so. Die Sprache der Synapsen ist Chemie. Hier interagieren einige sekretierte Moleküle wie ein Schlüssel mit einem Schloss mit anderen Molekülen (Rezeptoren), und erst dann beginnen elektrische Prozesse. Die Effizienz und der hohe Durchsatz der Synapse hängen davon ab, wie viele spezifische Rezeptoren durch die Nervenzelle an die Kontaktstelle abgegeben werden.
Protein mit besonderen EigenschaftenDie Proteinkinase M-Zeta steuert lediglich die Abgabe von Rezeptoren an die Synapse und erhöht somit deren Effizienz. Wenn diese Moleküle gleichzeitig in Zehntausenden von Synapsen eingeschaltet werden, tritt eine Signalumleitung auf und die allgemeinen Eigenschaften eines bestimmten Netzwerks von Neuronen ändern sich. All dies sagt wenig darüber aus, wie Änderungen im Gedächtnis bei dieser Umleitung codiert werden, aber eines ist sicher: Wenn die Proteinkinase M-Zeta blockiert ist, wird das Gedächtnis gelöscht, da die chemischen Bindungen, die es liefern, nicht funktionieren. Das neu entdeckte "Molekül" des Gedächtnisses weist eine Reihe interessanter Merkmale auf.
Erstens ist es zur Selbstreproduktion fähig. Wenn infolge des Lernens (dh des Erhaltens neuer Informationen) ein bestimmtes Additiv in Form einer bestimmten Menge Proteinkinase M-Zeta in der Synapse gebildet wird, kann diese Menge dort sehr lange verbleiben, obwohl sich dieses Proteinmolekül in drei bis vier Tagen zersetzt. Irgendwie mobilisiert das Molekül die Ressourcen der Zelle und stellt die Synthese und Abgabe neuer Moleküle an den Ort des synaptischen Kontakts sicher, um die verbleibenden zu ersetzen.
Zweitens ist eines der interessantesten Merkmale der M-Zeta-Proteinkinase ihre Blockierung. Wenn die Forscher eine Substanz für Experimente zur Blockierung des "Gedächtnismoleküls" benötigen, "lesen" sie einfach den Abschnitt ihres Gens, der für ihren eigenen Peptidblocker kodiert, und synthetisieren ihn. Dieser Blocker wird jedoch niemals von der Zelle selbst produziert, und zu welchem Zweck die Evolution ihren Code im Genom belassen hat, ist unklar.
Das dritte wichtige Merkmal des Moleküls ist, dass sowohl es als auch sein Blocker für alle Lebewesen mit einem Nervensystem ein nahezu identisches Aussehen haben. Dies weist darauf hin, dass es sich bei der Person der Proteinkinase M-Zeta um den ältesten Anpassungsmechanismus handelt, auf dem das menschliche Gedächtnis aufgebaut ist.
Natürlich ist die Proteinkinase M-Zeta kein "Speichermolekül" in dem Sinne, wie Wissenschaftler der Vergangenheit gehofft hatten, es zu finden. Es ist kein materieller Träger von gespeicherten Informationen, sondern fungiert offensichtlich als Schlüsselregulator für die Wirksamkeit von Verbindungen innerhalb des Gehirns und initiiert die Entstehung neuer Konfigurationen als Ergebnis des Lernens.
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Jetzt haben Experimente mit dem Blocker der Proteinkinase M-Zeta in gewissem Sinne den Charakter "Schießen über das Gebiet". Die Substanz wird mit Hilfe einer sehr dünnen Nadel in bestimmte Teile des Gehirns von Versuchstieren injiziert und schaltet so das Gedächtnis in großen Funktionsblöcken sofort aus. Die Grenzen der Penetration des Blockers sind nicht immer klar, ebenso wie seine Konzentration im Bereich des als Ziel ausgewählten Ortes. Infolgedessen bringen nicht alle Experimente in diesem Bereich eindeutige Ergebnisse.
Ein echtes Verständnis der im Gedächtnis ablaufenden Prozesse kann durch Arbeiten auf der Ebene einzelner Synapsen vermittelt werden, dies erfordert jedoch die gezielte Abgabe eines Blockers in Kontakt zwischen Neuronen. Heute ist es unmöglich, aber da eine solche Aufgabe der Wissenschaft gegenübersteht, werden früher oder später die Werkzeuge für ihre Lösung erscheinen. Besondere Hoffnungen sind auf die Optogenetik gerichtet. Es wurde festgestellt, dass eine Zelle, in die die Fähigkeit zur Synthese eines lichtempfindlichen Proteins durch gentechnische Verfahren eingebaut ist, unter Verwendung eines Laserstrahls gesteuert werden kann. Und wenn solche Manipulationen auf der Ebene lebender Organismen noch nicht durchgeführt wurden, wird bereits etwas Ähnliches auf der Basis gewachsener Zellkulturen durchgeführt, und die Ergebnisse sind sehr beeindruckend.
Autor - Doktor der Biowissenschaften, korrespondierendes Mitglied der Russischen Akademie der Wissenschaften, Professor, Direktor des IVNDiNF RAS
