РНК И ПАМЯТЬ

На симпозиуме, организованном в 1947 г. американским обществом психологов, Кац и Хальстед [28] высказали одну из первых гипотез о том, что в основе процесса памяти лежат изменения белкового обмена нейронов. Эту точку зрения затем развил Мак-Каллок [36] на проходившей под его руководством конференции по кибернетике (1949). Однако господствовавшие в то время взгляды не благоприятствовали развитию этих прогрессивных концепций. С одной стороны, приверженцы бихевиоризма нигилистически утверждали, что никакой определенный участок или процесс в нервной системе не может быть ответственным за фиксацию следа. С другой стороны, изучавшие импульсные процессы физиологи сороковых годов наивно верили, что нервный импульс является адекватной моделью для объяснения всех функций мозга. В эту эру, которая сейчас кажется столь далекой, такие представления, как реверберирующие цепи и пластические изменения синапсов, заключающиеся в набухании, разрастании или увеличении числа пресинаптических окончаний, казались более привлекательными, чем предположения о биохимических изменениях в клетке.
Позднее успехи, достигнутые при изучении нуклеиновых кислот, побудили исследователей вновь вернуться к «биохимической» гипотезе уже на совершенно новом уровне. В 1953 г. Уотсон и Крик [56], предложившие

модель макромолекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (фиг. 87), писали: «Нам кажется, что предложенная нами структура ДНК может помочь в решении одной

Фиг. 87. Модель ДНК по Уотсону и Крику [56].
А. Две полинуклеотидные цепи, закрученные в двойную спираль вокруг воображаемой центральной оси. Б. Углеводно-фосфатный остов одной полинуклеотидной цепи: от каждого звена отходит основание, спаривающееся с соответствующим основанием на другой цепи. В последовательности этих оснований заключен генетический код.

из основных проблем биологии — проблемы молекулярной основы матрицы, необходимой для генетического воспроизведения». Сейчас можно предполагать, что эта модель, кроме того, позволит воссоздать молекулярную основу формирования и сохранения следов памяти [47]. Дальнейшие исследования обнаружили изменчивую

природу ДНК, в молекуле которой последовательность составляющих ее звеньев (в этой последовательности при помощи так называемого генетического кода закодирована содержащаяся в ДНК генетическая информация) может претерпевать изменения, которые, однажды возникнув, в дальнейшем неизменно воспроизводятся в процессе обмена. Далее было установлено, что молекула ДНК в ядре образует матрицу для формирования молекул РНК, которые переходят как посредники в цитоплазму клетки, чтобы в свою очередь образовать матрицы, регулирующие синтез белков в рибосомах, рассеянных по всему эндоплазматическому ретикулуму. Все эти последние достижения молекулярной биологии, связывающие ДНК и генетическое кодирование, в настоящее время кажутся применимыми к кодированию следов памяти посредством аналогичных процессов изменения РНК в нейронах.
Хиден [21, 22] предпринял цитохимическое изучение отдельных нервных клеток, выделенных им из вестибулярного ядра Дейтерса у кролика и освобожденных от окружающей нейроглии (фиг. 88). Анализ таких клеток в контрольных условиях и после раздражения (животного перед забоем подвергали вращению) выявил высокий исходный уровень РНК в нейронах и его повышение после физиологического раздражения; параллельно отмечалось понижение содержания РНК в клетках глии. В количественном выражении данные Хидена выглядят следующим образом.

	Условия опыта	Число исследованных клеток	Среднее содержание РНК, мкмкг	1 Коэффициент дисперсии	Р
Нейроны	Раздражение	105	1612	11	0,01
ядра Дейтерса	Контроль	114	1545	12
Клетки глии	Раздражение	30	85	22	0,001 .
	Контроль	25	123	35

№

Три нервные клетки из ядра Дейтерса, освобожденные от окружающей их глии и сфотографированные в фазово-контрастном микроскопе [23].

Фиг. 89. Схема гипотезы Хидена о механизме памяти [22].

/. Специализация РНК посредством модуляции частот нейроно-глиаль- ного возбуждения. 11. Образование специфического белка. III. Активация белка путем соединения с какой-то дополнительной молекулой. IV. Выделение медиатора, который возбуждает постсинаитическую клетку.

Эти данные привели Хидена к выводу о том, что нейрон и его глия образуют нечто вроде функционального микромодуля, в котором элементы глии действуют как источник биохимических веществ и энергии для нейрона.
Хиден [22] использовал эти данные для создания гипотезы механизма памяти, предположив, что этот механизм складывается из следующих этапов (фиг. 89): 1) специализация РНК цитоплазмы в нейроне в результате нейроно-глиального возбуждения; 2) образование из этой измененной, или специализированной, РНК матрицы для формирования специфической последовательности аминокислот при дальнейшем синтезе белка; 3) диссоциация специфического белка с выделением химических медиаторов; 4) возбуждение постсинаптической клетки медиаторами. В более общей форме можно сказать, что РНК, однажды специфически измененная под влиянием определенной конфигурации нейронного возбуждения, очевидно, продолжает воспроизводить себя и отвечать на ту же конфигурацию возбуждения при каждом ее повторении, но не отвечает на другие конфигурации.
Таким образом, гипотеза Хидена [22] предполагает существование внутриклеточного нейронного механизма хранения информации в форме вызванных специфических молекулярных изменений. Она. основана на предположении о том, что продукция нуклеопротеидов столь же характерна и функционально значима для нейронов, как генерация и распространение импульсов. Короче, эта гипотеза утверждает, что образование нуклеопротеидов повышается при усилении активности нейрона, что возникающие при этом белки биохимически специфичны, что они продолжают воспроизводить измененную структуру и могут вновь функционально активироваться в тех условиях, которые первоначально привели к их возникновению.
Подтверждением этой гипотезы могут служить полученные в последнее время данные о повышении уровня РНК в нейронах при транссинаптической бомбардировке пирамидных клеток коры головного мозга. Моррелл [39] экспериментально создал эпилептический очаг в одном полушарии мозга кролика, вызывавший постоянные разряды в зеркальном очаге противоположного полушария. Это сопровождалось повышением содержания цито-

Фиг. 90. Микрофотографии коры кролика, иллюстрирующие повышение содержания РНК после бомбардировки клеток импульсами из эпилептического очага в противоположном полушарии [39].
А. Малое увеличение. Б. При большом увеличении видно, что РНК концентрируется вдоль внутренней поверхности мембраны тела клетки и распространяется в дендрит.

плазматической РНК (что устанавливали путем специфического окрашивания) (фиг. 90). Моррелл [39] писал по этому поводу: «Поскольку клетки зеркального очага, как было показано, обладают некоторыми свойствами, характерными для процессов, связанных с обучением и памятью, возможно не будет слишком смелой попытка рассматривать комплекс рибонуклеиновой кислоты с белком как существенный элемент молекулярного механизма памяти».
Эти экспериментальные данные и гипотезы намечают новые пути для их плодотворного применения в практических целях. Если конфигурация нуклеиновых кислот в цитоплазме нейрона может в процессе «употребления» изменяться и притом так, что это изменение сохраняется, т. е. воспроизводится в процессах обмена и продолжает влиять на активность в течение длительного периода времени (короче, если она может «изменяться» в ламаркианском смысле этого слова), то есть? основание надеяться, что мы научимся осуществлять биохимическую и фармакологическую регуляцию таких изменений в терапевтических целях.
Последние работы Мак-Коннелла, Джекобсона и Кимбла [35], проведенные на плоских червях (плана- пии), показали, что при расчленении червя после выработки у него условных реакций регенерирующие части продолжают сохранять приобретенные навыки. Продолжившие эти работы Корнинг и Джон [8] предположили, что такое сохранение приобретенной реакции может зависеть от сохранения и воспроизведения специфической РНК; оказалось, что если выращивать регенерирующие части в среде, содержащей рибонуклеазу (фермент, разрушающий РНК), то приобретенные реакции не сохраняются, но выработать их заново можно. Другие исследования Мак-Коннелла, Джекобсона и Хэмфриса показали, что необученная планария может приобрести новые реакции, съедая других обученных планарий и поглощая при этом их специфическую РНК.

Можно представить себе, что эти современные исследования, проводимые на плоских червях, могут послужить основой для развития химиотерапии будущего.
ЛИТЕРАТУРА Adey W. R., Brain mechanisms and the learning process, Fed. Proc:, 20, 617—627 (1961). Adey W. R., Dunlop C. W., Sunderland S., A survey of rhinocephalic interconnections with the brain stem, J. Comp. Neurol., 110, 173—203 (1958). Adey W. R., Dunlop C. W., Hendrix С. E., Hippocampal slow .waves, distribution and phase relationships in the course of approach learning, AMA Arch. Neurol., 3,74—90 (1960). A d e у W. R., Walter D. O., Hendrix С. E., Computer techniques in correlation and spectral analysis of cerebral slow waves during discriminative behavior, Exp. Neurol., 3, 501—524 (1961). В r a z i e r M. A. B., Long-persisting electrical traces in the brain of man and their possible relationship to higher nervous activity, pp. 347—358. In Jasper H. H. and Смирнов Г. Д. (Eds.), The Moscow Colloquium on EEG and Higher Nervous Activity, EEG Clin. Neurophysiol. Suppl. 13, 1960. (Брейзье M. А. Б., см. «Электроэнцефалографическое исследование высшей нервной деятельности», Изд. АН СССР, М., 1962, стр. 87—95.) В г о w n S., Schafer В. A., An investigation into the functions of the occipital and temporal lobes of the monkey’s brain, Phil. Trans. Roy. Soc. Lond., B, 179, 303—327 (1888). Bures J.f Reversible decortication and behavior, pp. 234—242. In Brazier M. A. B. (Ed.), CNS and Behavior, New York, 1959. С о r n i n g W. C., John E. R., Effect of ribonuclease on retention of conditioned response in regenerated planarians, Science, 134, 1363—1365 (1961). Deutsch J. A., Higher nervous function: the physiological bases of memory, Ann. Rev. Physiol., 24, 259—286 (1962). Doty R. W., Beck E. C., Kovi K. A., Effect of brainstem lesions on conditioned responses of cats, Exp. Neurol., 1, 360—385 (1959). Freindel W., Penfield W., Localization of discharge in temporal lobe automatism, AMA Arch. Neurol. Psychiat., 72, 605— 630 (1954). Gal a mb os R., A glia-neural theory of brain function, Proc. Nat. Acad. Sci., 47, 129—136 (1961). Gerard R. W., Biological roots of psychiatry, Science, 122, 225—230 (1955). Green              J.              D.,              Some              recent electrophysiological and electron
microscope studies of Ammon’s horn, pp. 266—271. In Tower D. B. and Sohade J. P. (Eds.), Structure and Function of the Cerebral Cortex, Elsevier, Amsterdam, 1959. Green              J.              D.,              Adey              W. R., Electrophysiological studies qf
hippocampal              connections              and excitability, EEG Clin. Neurophy
siol., 8, 245—262 (1956). Green J. D., Arduini A., Hippocampal electrical activity in arousal, J. Neurophysiol., 17, 533—557 (1954). Green              J.              D^,              Maxwell D. S., Schindler W. J.,
S t u m p f C., Rabbit EEG «theta» rhythm: its anatomical source and relation to activity in single neurons, J. Neurophysiol., 23, 403—420 (1960). Hernandez-Peon R., Brust-Carmona H., Functional role of subcortical structures in habituation and conditioning, pp. 393—408. In Delafresnaye J. F. (Ed.), Brain Mechanisms and Learning, Blackwell, Oxford, 1961. H i 1 d W., T a s a к i L., Morphological and physiological properties of neurons and glial cells in tissue culture, J. Neurophysiol., 25, 277—304 (1962). Hughlings Jackson J., On a particular variety of epilepsy (intellectual aura), one case with symptoms of organic brain disease, Brain, 11, 179—207 (1888). Hy den H., Biochemical changes in glial cells and nerve cells at varying activity. In Brticke F. (Ed.), Biochemistry of the Central Nervous System. Symp. III. Proc. 4th. Internat. Mtg. Bio- chem., vol. 3, pp. 64—89, Pergamon Press, London, 1959. Hyden H., The neuron. Chap. 5, pp. 215—323. In Brachet J. and Mirsky A. E. (Eds.), The Cell. Vol. 5, Academic Press, N. Y., 1960. (См. «Функциональная морфология клетки», ИЛ, М., 1963.) Н у d ё n Н., Р i g о n A., A cytophysiological study of the functional relationship between oligo-dendroglial cells and nervecells of Deiter’s nucleus, J. Neurochem., 6, 57—72 (1960). I n g r a m W. R., Modification of learning by lesions and stimulation in the diencephalon and related structures, pp. 535— 544. In Jasper H. H. (Ed.), Reticular Formation of the Brain, Little Brown, Boston, 1958. (Инграм В. P., см. «Ретикулярная формация мозга», Медгиз, М., 1962, стр. 471—479.) J о w е 11 В., The Dialogues of Plato, Vol. IV, Theaetetus, p. 254, Oxford Univ. Press, 1931. J u n g R., Kornmiiller A. E., Eine Methodik der Ablei- tung lokalisierten Potentialschwankungen aus subcorticalen Hirn- gebeiten, Arch. f. Psych, u. Nervenkr., 109, 1—30 (1938). К a a d a B. R., Rasmussen E. W., Kveim O., Effects of hippocampal lesions* on maze learning and retention in rats, Exp. Neurol., 3, 333—355 (1961). К a t z J. J., Halstead W. C, Protein organization and mental function, pp. 1—38. In Halstead W. C. (Ed.), Brain and Behavior. A Symposium Comp. Physiol. Monographs v. 20, No. 1. Univ. Calif. Press (1950). К i n g F. A., Effects of septal and amygdaloid lesions on emotional behavior and conditioned avoidance responses in the rat, J. Nerv. Ment. Dis., 126, 57—63 (1958). Kluver H., Bucy P. L., Preliminary analysis of functions of the temporal lobes in monkeys, Arch. Neurol. Psychiat., 42, 979—1000 (1939).
3J. Корсаков С. C., Ober eine besondere Form psychische Stoning, combinirt mit multipler Neuritis, Arch. f. Phychiat., 21, 669—704 (1890). L i b e r s о n W. T., C a d h i 1 a c J. G., Electroshock and rhi- nencephalic seizure states, Confinia Neurol., 13, 278—286 (1953). M a h u t H., Effects of- subcortical electrical stimulation on learning in the rat, Am. Psychol., 12, 466 (1957). M a у n a r d E. A., Schultz R. L., Pease D. C., Electron microscopy of the vascular bed of rat cerebral cortex, Am. J. Anat., 100, 409—434 (1957). McConnell J. V., Jacobson A. L., Kimble D. P., The effects of regeneration upon retention of a conditioned response in the planarian, J. Comp. Physiol. Psychol., 52, 1—5 (1959). McCulloch W., Introductory discussion, pp. 13—17. In Foer- ster H. von (Ed.), Cybernetics. Jasiah Macy, Jr., Found., New York, 1950. M i 1 n e r B., Psychological defects produced by temporal lobe incision. Chap. VII. In The Brain and Human Behavior. Res. Pub. Assn. Nerv. Ment. Dis., 36, 244—257 (1958). M i t a r a i G., S v a e t i c h i n G., V a 11 e с a 11 e E.,Fateh- c h a n d R., Villegas J., L a u f e r M., Glia-neuron interactions and adaptional mechanism of the retina, pp. 463—481. In Jung R. (Ed.), The Visual System: Neurophysiology and Psychophysics, Springer-Verlag, Berlin, 1961. M о r r e 11 F., Lasting changes in synaptic organization produced by continuous neuronal bombardment, pp. 375—392. In Da- lafresnaye J. F. (Ed.), Brain Mechanisms and Learning, Black- well, Oxford, 1961.
01 d s J., Olds M. E., Interference and learning in paleocor- tical systems, pp. 153—187. In Delafresnaye J. F. (Ed.), Brain Mechanisms and Learning, Blackwell, Oxford, 1961. Orb a ch J., Milner B., Rasmussen T., Learning and retention in monkeys after amygdala-hippocampus resection, Arch. Neurol., 3, 230—251 (I960). P a 1 a у S. L., Palade G. E., The fine structure of neurons, J. Biophys. Biochem. Cytol., 1, 69—88 (1955). P a p p a s G. D., Purpura D. P., Fine structure of dendrites in the superficial neocortical neuropile, Exper. Neurol., 4, 507—530 (1961). Penfild W., The interpretive cortex, Science, 129, 1719—1725 . P e n f i e 1 d W., Milner B., Memory deficit produced by bilateral lesions in the hippocampal zone. AMA Arch. Neurol. Psy- chiat., 79, 475—497 (1958). P e t s c h e H., S t u m p f C., G о g о 1 a к G., The significance of the rabbit’s septum as a relay station between the midbrain and hippocampus, EEG Clin. Neurophysiol., 14, 202—211 (1962). Schmitt F. O. (Ed.), Macromolecular Specificity and Biological Memory, M. I. T. Press, Cambridge, 1962. S c h u 11 z R. L., Maynard E. A., Pease D. C., Electron microscopy of neurons and neuroglia of cerebral cortex and corpus collosum, Am. J. Anat., 100, 369—408 (1957). Scoville W. B., The limbic lobe in man, J. Neurosurg., 11, 64—66 (1954). S t a m m J. S., Pribram К. H., Effects of epileptogenic lesions of inferotemporal cortex on learning and retention in monkeys, J. Comp. Physiol. Psychol., 54, 614—618 (1961). Stepien L. S., Cordeau J. P., Rasmussen T., The effect of temporal lobe and hippocampal lesions on auditory and visual recent memory in monkeys, Brain, 83, 470—489 (1960). S v a e t i c h i n G., L a u f e r M., M i t a r a i G., Fate- chand R., Vallecalle E. and Villegas J., Glial control of neuronal networks and receptors, pp. 445—456. In Jung R. and Kornhuber H., The Visual System, Springer, Berlin, 1961. T a 11 a n d G. A., Psychological studies of Korsakoff’s psychosis: VI Memory and learning, J. Nerv. Ment. Dis., 130, 366—385 . T h о m p s о n R., The effect of intracranial stimulation on memory in cats, J. Comp. Physiol. Psychol., 51, 421—426 (1958). V i c t о r M., A n g e v i n e J. В., M a n с a 11 E. L., Fisher С. M., Memory loss with lesions of hippocampal formation, Arch. Neurol., 5, 244—263 (1961). W a t s о n J. D., Crick F. H. C., Genetical implications of the structure of deoxyribonucleic acid, Nature, 171, 964—967 (1953).

<< | >>

Источник: Г. МЭГУН. Бодрствующий мозг. 1965

Еще по теме РНК И ПАМЯТЬ:

- Биология индивидуального развития - Для внеклассного чтения - История биологии - Книги по биологии - Научно-популярная биология - Теория эволюции - Физиология животных -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -