8.5.1. Долговременная потенциация и память

ДВП возникает не только в гиппокампе, но и в других областях мозга, включая кору больших полушарий мозга. Она появляется не только при участии НМДА рецепторов, но может, например, произойти вследствие пресинаптического тока кальция, приводящего к активации в пресинаптическом нейроне цАМФ-зависимой протеинкиназы. Какими бы ни были механизмы образования ДВП, приводящей к повышению эффективности работы синапсов, долговременная потенциация необходима для научения и фиксации следов памяти о приобретённом опыте. Это представление основано на ряде доказательств:

1. При самых различных формах научения в гиппокампе и других областях мозга регулярно возникают процессы, квалифицируемые как ДВП.

2. Фармакологические препараты, препятствующие возникновению ДВП, затрудняют научение и образование долговременной памяти у подопытных животных.

3. Животные-мутанты с генетическими дефектами синтеза кальций-кальмодулин-зависимой протеинкиназы или тирозинкиназы, необходимых для образования ДВП, испытывают большие трудности при образовании новых поведенческих навыков.

4. Чем старше подопытные животные, тем хуже они приобретают новые навыки, одновременно с этим у них не удаётся обнаружить возникновение ДВП.

8.5.2. Механизм долговременной потенциации

Раскрытие каналов НМДА рецепторов приводит к току ионов кальция в постсинаптический нейрон и повышению в нём концентрации кальция. Результатом этого повышения становится активация трёх систем вторичных посредников: кальций-кальмодулин-зависимой протеинкиназы, протеинкиназы С и тирозинкиназы. Это ферменты фосфорилируют белковые молекулы глутаматэргических рецепторов, что способствует сохранению открытого состояния каналов и ДВП. Если на постсинаптической мембране одновременно с НМДА рецепторами имеются метаботропные глутаматэргические рецепторы (чувствительных к квискулату), то происходит ещё и активация фосфолипазы С и связанных с ней вторичных посредников, способствующих поддержанию высокой концентрации кальция в постсинаптическом нейроне. Указанные процессы поддерживают возбуждённое состояние нейрона и обеспечивают кратковременное хранение памяти.

Изменения нейронной активности при ДВП никогда не ограничиваются только постсинаптическими клетками, они поддерживаются вовлечением в этот процесс пресинаптических нейронов, чтобы те продолжили выделять медиатор из своих окончаний. Пресинаптические нейроны вовлекаются в ДВП низкомолекулярными веществами, выделяющимися из постсинаптических клеток и следующих к пресинаптическим нейронам путём диффузии. Подобная активация пресинаптических нейронов называется ретроградной, её обеспечивают низкомолекулярные растворимые вещества, в частности оксиды азота и углерода. Наряду с ними интенсивность секреции медиатора из пресинаптических терминалей модулируют пресинаптические ауторецепторы, относящиеся к НМДА типу.

8.6. Структурные изменения синапсов – основа энграмм памяти

Длительное поддержание ДВП, а, тем более, повторение её в одних и тех же синапсах приводит к их структурной перестройке, относящейся как к постсинаптическим, так и к пресинаптическим нейронам. Такая перестройка начинается с экспрессии генов, определяющих последующий синтез структурных белков, которые включаются в клеточную мембрану и изменяют её состав и свойства. Этот процесс происходит в два этапа, соответствующих активации т.н. ранних и поздних генов (Справка 8.6).

Продолжительная активация генов сопровождается биосинтетическими процессами, приводящими к образованию новых контактов между пресинаптическими и постсинаптическими нейронами. В окончаниях пресинаптических нейронов возрастает количество активных зон, необходимых для выделения медиатора, и появляются дополнительные веточки аксонных терминалей. В свою очередь, на стержнях дендритов постсинаптических нейронов возникают дополнительные шипики, на которых образуют синаптические контакты новые терминали аксонов. В результате увеличивается число синаптических соединений между пресинаптическим и постсинаптическим нейронами, а эффективность синаптического переноса информации повышается на длительное время.

Память не связана с синтезом каких-либо уникальных белков, специфичных для каждого её вида: таких белков не существует. Память зависит не столько от конкретных биохимических процессов, сколько от того, в каких нейронах и синапсах происходят эти процессы, где находятся такие нейроны и синапсы и как они связаны с другими клетками. Если же перестроенные синапсы не активируются на протяжении длительного времени, то происходит естественное разрушение белковых молекул, синтезированных для образования энграмм памяти, и соответственно этому - забывание.