Ricordo ancora il film d'azione "Johnny the Mnemonic". Lì K. Reeves ha impiantato una chiavetta USB nel cervello e vi ha caricato quantità non misurate di informazioni. Com'è bello ricordare tutto! Ma Sherlock Holmes chiamava la memoria - la soffitta. Se butti tutto lì e lo conservi per molti anni, sarà impossibile trovarlo lì rapidamente e forse non funzionerà affatto. Pertanto, ricordava solo ciò di cui aveva bisogno nel suo lavoro.
Oggi, anche la risposta alla domanda di fondo - che cos'è la memoria nel tempo e nello spazio - può consistere principalmente in ipotesi e presupposti. Se parliamo di spazio, allora non è ancora molto chiaro come sia organizzata la memoria e dove si trovi esattamente nel cervello. I dati scientifici suggeriscono che i suoi elementi sono presenti ovunque, in ciascuna delle aree della nostra "materia grigia".
Inoltre, la stessa informazione, apparentemente, può essere scritta nella memoria in luoghi diversi.
Ad esempio, è stato stabilito che la memoria spaziale (quando ricordiamo per la prima volta un determinato ambiente - una stanza, una strada, un paesaggio) è associata a un'area del cervello chiamata ippocampo. Quando proviamo a togliere questa situazione dalla nostra memoria, diciamo, dieci anni dopo, allora questa memoria verrà già estratta da un'area completamente diversa. Sì, la memoria può muoversi all'interno del cervello e questa tesi è illustrata al meglio da un esperimento condotto una volta con i polli. L'imprinting gioca un ruolo importante nella vita dei polli appena nati: apprendimento istantaneo (e il posizionamento della memoria è apprendimento). Ad esempio, un pollo vede un grosso oggetto in movimento e immediatamente "imprime" nel cervello: questa è una mamma gallina, devi seguirla. Ma se dopo cinque giorni la parte del cervello responsabile dell'imprinting viene rimossa dal pollo, si scopre che … l'abilità memorizzata non è andata da nessuna parte. Si è spostato in un'altra area e questo dimostra che esiste un archivio per i risultati di apprendimento immediati e un altro per l'archiviazione a lungo termine.
Ricordiamo con piacere
Ma è ancora più sorprendente che il cervello non abbia una sequenza così chiara di movimento della memoria da operativa a permanente, come accade in un computer. La memoria di lavoro, che registra le sensazioni immediate, innesca contemporaneamente altri meccanismi di memoria - a medio e lungo termine. Ma il cervello è un sistema ad alta intensità energetica e quindi cerca di ottimizzare l'uso delle sue risorse, compresa la memoria. Pertanto, la natura ha creato un sistema multistadio. La memoria di lavoro si forma rapidamente e altrettanto rapidamente viene distrutta: esiste un meccanismo speciale per questo. Ma gli eventi veramente importanti vengono registrati per l'archiviazione a lungo termine, mentre la loro importanza è enfatizzata dall'emozione, dall'atteggiamento nei confronti delle informazioni.
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A livello fisiologico, l'emozione è l'attivazione dei più potenti sistemi di modulazione biochimica. Questi sistemi rilasciano ormoni-mediatori che modificano la biochimica della memoria nella giusta direzione. Tra questi, ad esempio, ci sono vari ormoni del piacere, i cui nomi ricordano non tanto la neurofisiologia, ma la cronaca criminale: si tratta di morfine, oppioidi, cannabinoidi, cioè farmaci prodotti dal nostro corpo. In particolare, gli endocannabinoidi vengono generati direttamente sulle sinapsi, i contatti delle cellule nervose. Influenzano l'efficacia di questi contatti e, quindi, "incoraggiano" la registrazione di questa o quell'informazione nella memoria. Altre sostanze dal numero di mediatori ormonali possono, al contrario, sopprimere il processo di trasferimento dei dati dalla memoria di lavoro alla memoria a lungo termine.
I meccanismi di rinforzo della memoria emotiva, cioè biochimica, sono ora attivamente studiati. L'unico problema è che ricerche di laboratorio di questo tipo possono essere condotte solo su animali, ma quanto può dirci un topo di laboratorio sulle sue emozioni?
Se abbiamo immagazzinato qualcosa nella nostra memoria, a volte arriva il momento di ricordare queste informazioni, cioè di estrarle dalla memoria. Ma la parola "estrai" è corretta? A quanto pare, non molto. Sembra che i meccanismi di memoria non recuperino le informazioni, ma le rigenerino. Non ci sono informazioni in questi meccanismi, così come non c'è voce o musica nell '"hardware" di un ricevitore radio. Ma tutto è chiaro con il ricevitore: elabora e converte il segnale elettromagnetico ricevuto nell'antenna. Che tipo di "segnale" viene elaborato durante l'estrazione della memoria, dove e come questi dati vengono memorizzati, è ancora molto difficile da dire. Tuttavia, è già noto che durante il ricordo, la memoria viene riscritta, modificata, o almeno questo accade con alcuni tipi di memoria.
Non elettricità, ma chimica
Alla ricerca di una risposta alla domanda su come si possa modificare o addirittura cancellare la memoria, negli ultimi anni sono state fatte importanti scoperte e sono apparsi numerosi lavori sulla "molecola della memoria".
In effetti, per duecento anni hanno cercato di isolare una tale molecola, o almeno un vettore materiale di pensiero e memoria, ma senza molto successo. Alla fine, i neurofisiologi sono giunti alla conclusione che non c'è nulla di specifico per la memoria nel cervello: ci sono 100 miliardi di neuroni, ci sono 10 quadrilioni di connessioni tra di loro e da qualche parte, in questa rete su scala cosmica, la memoria, i pensieri e il comportamento sono codificati in modo uniforme. Sono stati fatti tentativi per bloccare alcune sostanze chimiche nel cervello, e questo ha portato a un cambiamento nella memoria, ma anche a un cambiamento nell'intero funzionamento del corpo. Fu solo nel 2006 che apparvero i primi lavori sul sistema biochimico, che sembra essere molto specifico per la memoria. Il suo blocco non ha causato alcun cambiamento nel comportamento o nella capacità di apprendimento, ma solo la perdita di parte della sua memoria. Ad esempio, il ricordo della situazione,se il bloccante è stato iniettato nell'ippocampo. O shock emotivo se un bloccante è stato iniettato nell'amigdala. Il sistema biochimico trovato è una proteina, un enzima chiamato protein chinasi M-zeta, che controlla altre proteine.
Uno dei principali problemi della neurofisiologia - l'incapacità di condurre esperimenti sugli esseri umani. Tuttavia, anche negli animali primitivi, i meccanismi di memoria di base sono simili ai nostri.
La molecola lavora nel sito di contatto sinaptico - contatto tra i neuroni nel cervello. Qui dobbiamo fare un'importante digressione e chiarire le specifiche di questi stessi contatti. Il cervello è spesso paragonato a un computer, e quindi molte persone pensano che le connessioni tra i neuroni, che creano tutto ciò che chiamiamo pensiero e memoria, siano di natura puramente elettrica. Ma non è così. Il linguaggio delle sinapsi è la chimica, qui alcune molecole secrete, come una chiave con un lucchetto, interagiscono con altre molecole (recettori), e solo allora iniziano i processi elettrici. L'efficienza e l'elevato rendimento della sinapsi dipendono dal numero di recettori specifici che verranno consegnati attraverso la cellula nervosa al sito di contatto.
Proteina con proprietà specialiLa proteina chinasi M-zeta controlla semplicemente la consegna dei recettori alla sinapsi e quindi aumenta la sua efficienza. Quando queste molecole vengono attivate contemporaneamente in decine di migliaia di sinapsi, si verifica il reindirizzamento del segnale e le proprietà generali di una certa rete di neuroni cambiano. Tutto questo ci dice poco su come i cambiamenti nella memoria siano codificati in questo reindirizzamento, ma una cosa è certa: se la protein chinasi M-zeta viene bloccata, la memoria verrà cancellata, perché i legami chimici che la forniscono non funzioneranno. La nuova "molecola" della memoria ha una serie di caratteristiche interessanti.
In primo luogo, è capace di auto-riproduzione. Se, come risultato dell'apprendimento (cioè della ricezione di nuove informazioni), nella sinapsi si forma un certo additivo sotto forma di una certa quantità di proteina chinasi M-zeta, questa quantità può rimanere lì per molto tempo, nonostante il fatto che questa molecola proteica si decomponga in tre o quattro giorni. In qualche modo, la molecola mobilita le risorse della cellula e garantisce la sintesi e la consegna di nuove molecole nel luogo di contatto sinaptico per sostituire quelle rimaste.
In secondo luogo, una delle caratteristiche più interessanti della protein chinasi M-zeta è il suo blocco. Quando i ricercatori avevano bisogno di ottenere una sostanza per esperimenti sul blocco della "molecola" della memoria, semplicemente "leggevano" la sezione del suo gene, che codifica per il suo bloccante peptidico, e lo sintetizzavano. Tuttavia, questo bloccante non viene mai prodotto dalla cellula stessa e per quale scopo l'evoluzione abbia lasciato il suo codice nel genoma non è chiaro.
La terza caratteristica importante della molecola è che sia essa che il suo bloccante hanno un aspetto quasi identico per tutti gli esseri viventi con un sistema nervoso. Ciò indica che nella persona della protein chinasi M-zeta abbiamo a che fare con il più antico meccanismo adattativo, su cui è costruita la memoria umana.
Naturalmente, la protein chinasi M-zeta non è una "molecola di memoria" nel senso in cui gli scienziati del passato speravano di trovarla. Non è un vettore materiale di informazioni memorizzate, ma, ovviamente, funge da regolatore chiave dell'efficacia delle connessioni all'interno del cervello, avvia l'emergere di nuove configurazioni come risultato dell'apprendimento.
Stabilisci un contatto
Ora gli esperimenti con il bloccante della protein chinasi M-zeta hanno in un certo senso il carattere di "sparare attraverso l'area". La sostanza viene iniettata in alcune parti del cervello di animali da esperimento con l'aiuto di un ago molto sottile e, quindi, spegne immediatamente la memoria in grandi blocchi funzionali. I confini della penetrazione del bloccante non sono sempre chiari, così come la sua concentrazione nell'area del sito scelta come bersaglio. Di conseguenza, non tutti gli esperimenti in quest'area portano a risultati inequivocabili.
Una vera comprensione dei processi che si verificano nella memoria può essere fornita dal lavoro a livello delle singole sinapsi, ma ciò richiede il rilascio mirato di un bloccante in contatto tra i neuroni. Oggi è impossibile, ma poiché tale compito è di fronte alla scienza, prima o poi appariranno gli strumenti per la sua soluzione. Le speranze speciali sono riposte sull'optogenetica. È stato stabilito che una cellula in cui la capacità di sintetizzare una proteina sensibile alla luce è incorporata mediante metodi di ingegneria genetica può essere controllata utilizzando un raggio laser. E se tali manipolazioni a livello di organismi viventi non sono state ancora eseguite, qualcosa di simile è già stato fatto sulla base di colture cellulari cresciute, ei risultati sono molto impressionanti.
Autore - Dottore in scienze biologiche, membro corrispondente dell'Accademia delle scienze russa, professore, direttore dell'IVNDiNF RAS
