Память нечеловеческая: почему мы забываем?

Память не ухудшается с возрастом, а пожилой человек запоминает информацию даже лучше молодого. Воспоминания могут храниться в мозге всю жизнь, но из-за обилия новых знаний доступ к ним затрудняется. Кроме того, если постоянно извлекать и оживлять старые воспоминания, не подкрепляя их сильной эмоциональной реакцией, они модифицируются или деформируются — именно поэтому, если часто прокручивать в голове какое-либо событие, можно потерять его важные детали или случайно придумать новые.

В лекции с фестиваля Pint of Science доктор биологических наук и член-корреспондент РАН Павел Балабан рассказывает, как устроена и где локализована память, можно ли её стереть, существует ли молекула, генерирующая запоминание, почему мы забываем и есть ли таблетка, которая поможет сохранять воспоминания?

Почему в названии упомянута «нечеловеческая память»? Потому что серьезные научные исследования делать на людях принципиально невозможно по многим причинам. Их можно делать только на животных.

Что такое память?

Память — способ адаптации любого организма, но адаптация обратимая. Главная особенность памяти заключается в том, что её можно повернуть вспять. Развитие организма — тоже адаптация, но вот его повернуть назад не получится.

Для того, чтобы продемонстрировать работу памяти, можно посмотреть на камуфляж осьминога — он легко меняет свой окрас в цвет рифа, на котором сидит, и за доли секунды становится невидимым.

Память — свойство нервной системы, которая состоит из нейронов, связанных между собой синаптическими контактами. Контакт представляет собой перерыв между нейронами, заполненный изолирующей жидкостью. Это химическая связь, изменение эффективности которой и есть память.

Большая часть связей между нейронами — химическая. Электрические контакты в мозге занимают меньше одного процента, тем не менее, человеческую память инженеры, математики, физики часто сравнивают с машинной, что в корне неверно. 

События в памяти хранятся сначала в кратковременной форме, а потом переходят в долговременную. Иногда нам кажется, что мы что-то забываем, но на самом деле это не так. Наши воспоминания, к которым мы не обращаемся, хранятся как раз в долговременной памяти и не забываются со временем, они просто становятся менее доступными из-за других событий. Мы всегда можем их извлечь.

На самом деле в нервной системе стирание памяти происходит каждый день, когда определённые нейроны изменяют связи между собой. Но это стирание касается только кратковременной памяти и извлечённых воспоминаний: когда мы активируем воспоминания, то память приходит в лабильное состояние и может изменяться. Так происходит потому что хранение памяти не зависит от синтеза белка, но активация памяти приводит к кратковременному периоду зависимости от синтеза нового белка. 

Эта точка зрения появилась в 1998–2000 годах. Учёные выяснили, что память меняется при реактивации. Если мы заблокируем синтез белка в этот момент, то на следующий день память не сохранится. Феномен назвали «повторная консолидация» или «реконсолидация памяти». 

Реконсолидация — очень интересный инструмент, отражающий возможность изменения. Но из-за чего стирается память? В каждом синапсе, где воспроизводится молекула протеинкиназа М-зета, синтезируется оксид азота — простейшая молекула, которая есть в каждой клетке в разных количествах. Выяснилось, что оксид азота синтезируется прямо в месте контакта нейронов и ему не нужно далеко транспортироваться. Молекула представляет собой свободный радикал со свободным электроном, который присоединяется ко всему, что находится рядом, захватывает любые белки и меняет их форму. Изменение памяти, по-видимому, происходит у нас с вами каждый день при каких-то воспоминаниях с участием оксида азота, из-за которого белок выбывает из физиологической функции. Он как ластик, который стирает память.

Почему мы забываем? 

Оказывается, на формирование памяти влияют гормоны. Откладывание в долговременную память, которая хранится годами, происходит только с участием «гормонов подкрепления» — серотонина, дофамина и других. Их выделяет особый нейрон во время контактов других нейронов, а изменение этих контактов происходит быстро — за секунды или минуты. 

Суть проведенных экспериментов заключается в том, что если мы заблокируем подачу гормона при формировании памяти, что можно сделать технически, то она не сохранится. Когда она уже сформирована, а мы заблокировали подачу гормона, память остается на месте. Если мы извлекаем, активируем какую-то память, но при этом не будут выделяться подкрепляющие гормоны, то память начнёт ослабевать, и в следующий раз вы не вспомните каких-нибудь деталей. Мы забываем, когда многократно активируем память без участия подкрепляющих гормонов, а они обычно выделяются при сильных эмоциональных реакциях, как положительных, так и отрицательных. Речь идет о конкретной памяти. Эмоциональная и обстановочная память хранится лучше.

Бытует миф, что с возрастом память становится хуже, к ней затрудняется доступ. На самом деле, если мы к ней не обращаемся, то она сохраняется. Но если мы к ней обращаемся постоянно и в этом не участвуют подкрепляющие гормоны, то она модифицируется. В 2018 году  была опубликована работа, в которой проанализировали память двух групп людей — 20-40 лет и 60-80 лет. Оказалось, что старшая группа запоминает немного лучше, что объяснялось большим опытом. Ученые же, напротив, ожидали разницу в качестве, скорости или количестве воспоминаний. 

Эпигенетическая регуляция

Упомянутая выше информация — данные десятилетней давности. Мы привыкли к тому, что у человека есть генетическая память — она дана нам от родителей, зашифрована в ДНК и неизменна. Генетические изменения необратимы и приводят к болезням и патологиям, разрушительно влияя на организм.

Однако в геноме человека есть ещё один вид информации — эпигенетический. Эпигенетические изменения не затрагивают ДНК и обратимы. Исследователи показывают, что с помощью эпигенетической регуляции можно изменять состояние всей клетки и организма в целом, а значит и памяти. Последние исследования подтверждают, что эпигенетические регуляторы — чрезвычайно простые вещества, которые присутствуют даже в пище. 

Эпигенетическая регуляция работает как регулятор генетического аппарата, когда мы запоминаем и учимся, он отвечает за то, с какой эффективностью будут работать те или иные гены. Есть простые эксперименты на животных с участием  эпигенетического регулятора бутирата натрия — простейшей жирной кислоты, которая синтезируется бактериями даже у нас в кишечнике. Если взять 100 любых животных и чему-то их учить, то 15% не будет обучаться ни в каких условиях, еще 15% учатся быстро, остальные — будут учиться в зависимости от условий. Как-то у нас в лаборатории оказались только плохообучаемые животные, оставшиеся после предыдущих экспериментов — других не было из-за нарушения поставок. Сотрудники вкололи им бутират натрия в очень большой дозе. На следующий день эта группа животных помнила все лучше, чем самые обучаемые особи. Уже после была взята группа с хорошо обучаемыми особями, которым ввели бутират натрия и протестировали на следующий день. У них улучшений не последовало. 

Природа позволила сделать улучшение плохого показателя, но обнаружила и предел. 

Весь этот процесс и есть эпигенетическая регуляция.  

Эпигенетические регуляторы открывают «окно» для долговременных изменений в экспрессии генов. А память — это и есть долговременные изменения в экспрессии генов. Временное течение формирования памяти, консолидация и реконсолидация регулируется активацией/инактивацией эпигенетических факторов. Ещё три года назад не было понимания этого, потому что считалось, что эпигенетические факторы слишком общие. И вот выяснилось, что тот же бутират натрия  регулирует менее 3% всех генов. У генов есть особые области, которые реагируют на эпигенетические регуляторы, и это далеко не все гены, а только связанные с пластичностью. 

Можно ли улучшить память?

Можно редактировать геном, но это очень опасно. Похоже, что будет мораторий на редактирование генома, так как отдалённые последствия этого человечеству неизвестны. А вот эпигеном можно редактировать — сейчас мы работаем над этим с помощью системы CRISPR-dCas9. Будущее медицины стоит за  эпигенетической коррекцией физиологических функций, таких как память, и нейропатологий с помощью современных технологий. 

Улучшить память можно медикаментозно, но у этого способа много побочных эффектов, поэтому нейрофизиологи его не любят, или с помощью постоянного напоминания, сопровождающегося сильными положительными или отрицательными эмоциями.

Иллюстрации: Александра Отхозория