Долговременная потенциация в гиппокампе как модель памяти

10.09.2016
В 1973 г. Т.В. Блисс описал феномен потенциации (усиления приходящего возбуждения) в гиппокампе. Он состоял в том, что предварительная стимуляция данного нейронного пути облегчала прохождение сигнала по этому пути. Феномен потенциации можно вызвать разными способами, но наиболее распространенным является стимуляция пучка волокон, идущих в составе проникающего пути (tr. perforatus), 50—100 электрическими стимулами с частотой 100 Гц. Описанная экспериментальная модель оказалась очень полезной для исследования молекулярных механизмов памяти. Очень скоро после открытия самого феномена потенциации в гиппокампе научились получать прижизненные слайсы (срезы толщиной в среднем 300 мкм) гиппокампа новорожденных крыс, морских свинок и некоторых других лабораторных животных.

Свойства длительной посттетанической потенциации (ДПП) в гиппокампе. ДПП характеризуется тремя основными свойствами: кооперативностью, ассоциативностью и вход-специфичностью (рис. 6.12). Кооперативность проявляется в существовании пороговой интенсивности для получения ДПП; «слабый» тетанус волокон проникающего пути активирует относительно мало афферентных волокон и не запускает ДПП. Порог для индукции ДПП является сложной (комплексной) функцией интенсивности и режима тетанической стимуляции; между «слабой» стимуляцией, которая вызывает только постетаническую потенциацию, и «сильной», которая индуцирует ДПП, лежит промежуточный диапазон, вызывающий только кратковременную потенциацию. ДПП ассоциативен в том смысле, что «слабый» вход может потенциироваться (облегчаться), если одновременно тетанизируется конвергирующий «сильный» вход. Наконец, ДПП является специфической реакцией, потому что другие входы, которые не активировались в момент тетанической стимуляции, не вызывают ДПП.
Долговременная потенциация в гиппокампе как модель памяти
Долговременная потенциация в гиппокампе как модель памяти

Перечисленные свойства ДПП очень напоминают свойства временной связи при образовании условных рефлексов. Например, ассоциативность является обязательным свойством временной связи. Свойство «вход-специфичность» также обязательно. Вспомните, что при образовании условного рефлекса вначале индифферентный сигнал становится условным. Другими словами, только этот сигнал становится вход-специфичным для получения условного ответа.

Молекулярные механизмы пластичности синапсов в нейронных цепочках гиппокампа. В основе облегчения синаптической передачи лежит свойство специальных рецепторов на клеточной постсинаптической мембране. Это так называемые NMDA-рецепторы (N-метил-О-аспартат), которые при присоединении к ним молекулы глутамата открывают связанные с ними ионные каналы. При потенциале покоя мембраны канал заблокирован ионом Mg++. Если мембрана некоторое время деполяризована при высокочастотной стимуляции соответствующего пути (в данном случае проникающего), ион Mg++ удаляется из канала, оставляя его открытым для ионов натрия, калия и кальция. В результате концентрация ионов кальция в цитоплазме постсинаптической клетки увеличивается в сотни раз и в результате активируются кальций-зависимые киназы. Цепочка этих молекулярных событий вызывает облегчение синаптического проведения. Некоторое время состояние облегчения поддерживается высоким за счет включения в процесс ретроградных передатчиков, под воздействием которых увеличивается выброс медиатора из пресинапса (рис. 6.13).
Долговременная потенциация в гиппокампе как модель памяти
Долговременная потенциация в гиппокампе как модель памяти

Таким образом, нейрофизиологи, изучая так называемые клеточные (нейронные) аналоги условного рефлекса, пытаются расшифровать те молекулярные события, которые лежат в основе обучения и памяти. По признанию Э. Кэндела, такие аналоги — это лишь первый шаг к установлению связи между пластическими изменениями в нейронах и модификациями поведения; в этих аналогах экспериментатор должен искать изменения в свойствах нейронов, сходные с изменениями реакций при научении.

В павловской физиологической школе были хорошо известны основные принципы выработки условного рефлекса. Напомним те из них, которые необходимы в данном контексте:

• условный стимул должен опережать сигнал безусловного подкрепления;

• соотношение силы этих двух стимулов должно быть таким, чтобы условный сигнал имел меньшую физиологическую силу по сравнению с безусловным сигналом;

• многократное предъявление условного сигнала без подкрепления приводит к угашению условного рефлекса.

При работе на аналогах условного рефлекса быстро выяснилось, что условный рефлекс мог представлять собой или новую реакцию (классический условный рефлекс), или видоизменение существующей реакции на условный сигнал (так называемый «альфа-условный рефлекс»). Изменение условного ответа можно было получать даже при случайном сочетании двух сигналов — условного и безусловного (подкрепления). Такой тип пластических перестроек получил название неассоциативного условного рефлекса, а неассоциативную выработку альфа-рефлекса стали обозначать термином сенситизация. Все приведенные примеры пластичности (условный рефлекс, сенситизация, угашение) широко представлены в природе. Например, животные с весьма примитивной нервной системой, такие, как кишечнополостные, демонстрируют сенситизацию и привыкание. Этих двух форм пластических перестроек поведения им достаточно, чтобы успешно адаптироваться к условиям обитания. Все перечисленные виды пластичности есть также и у млекопитающих.