Роль нуклеиновых кислот в обучении
Нервные клетки головного мозга отличаются от других клеток организма не только рекордным содержанием РНК, но и максимальным количеством активных генов. Для точного выяснения биохимических механизмов памяти ученые применяли специфические блокаторы синтеза макромолекул:
- Эксперименты с 8-азагуанином. Данный препарат нарушает нормальный синтез РНК, поскольку замещает гуанин в формирующейся цепи. Введение этого вещества значительно ухудшает выработку новых условных рефлексов. Однако, если препарат ввести после того, как навык уже сформирован, на его проявление это никак не повлияет. Это доказывает, что РНК критически важна именно для этапа консолидации (выработки) памяти, а не для ее хранения.
- Эксперименты К.В. Анохина. Исследователь использовал блокатор синтеза ДНК — азидотимидин. Выяснилось, что блокировка ДНК-аппарата полностью препятствует переходу свежего следа из кратковременной памяти в долговременную.
Классические опыты на планариях
Первые попытки найти физический «молекулярный субстрат» памяти проводились на плоских червях — планариях.
- Червей обучали оборонительному рефлексу: сочетали вспышку света с последующим ударом тока. В итоге 100% особей начинали избегать света.
- Обученных червей разрезали пополам: на головную и хвостовую части.
- Обе половины успешно регенерировали в полноценных особей.
- При тестировании оказалось, что обе новые планарии сохранили память о свете и демонстрировали оборонительную реакцию.
Был сделан вывод, что перенос памяти зависит от структурных изменений в каждой клетке обученного организма. Чтобы подтвердить роль РНК, в среду, где восстанавливались черви, добавляли фермент РНК-азу (разрушает РНК). В этом случае навык сохраняла только та особь, которая выросла из оригинального головного конца. Это прямо указывало на определяющую роль специфических молекул РНК.
Микрохимический анализ и гипотеза Х. Хидена
Шведский исследователь H. Hyden (Х. Хиден) применил тончайшие микрометоды для изоляции отдельных нейронов и оценки уровня РНК внутри них.
В одном из опытов крыс заставляли балансировать на натянутой проволоке, что сильно активировало вестибулярный аппарат. У обученных животных фиксировалось резкое повышение концентрации РНК в нейронах вестибулярного ядра Дейтерса. В других тестах (крысы доставали еду определенной лапой) рост количества РНК отмечался в двигательной коре и прилегающих к ней клетках глии.
На основе этих данных Хиден сформулировал гипотезу:
- Специфическая нервная импульсация воздействует на нейрон.
- Это вызывает перегруппировку азотистых оснований в структуре РНК.
- Измененные матричные РНК запускают синтез новых, специфических белков.
- Появление этих белков делает нейрон избирательно чувствительным к строго определенной конфигурации нервных импульсов.
Проблема «химического переноса памяти»
В свое время огромный резонанс вызвали опыты McConnell (Мак-Коннела), который скармливал ткани предварительно обученных планарий необученным «сородичам». Удивительным образом последние начинали демонстрировать оборонительную реакцию на свет без всякого обучения.
Подобные эксперименты пытались перенести на млекопитающих. Необученным крысам внутрибрюшинно вводили очищенную РНК или экстракты мозга от их натренированных собратьев. Ряд авторов сообщал об улучшении обучаемости и сокращении времени формирования навыка у крыс-реципиентов. Более того, когда выяснилось, что экстракты без РНК тоже дают похожий эффект, возникла концепция «белков памяти».
Критика: Несмотря на сенсационность, эти результаты сейчас считаются недостоверными. Множество независимых лабораторий не смогли воспроизвести эффекты переноса. Сегодня принято считать, что введение мозговых экстрактов вызывало не адресную передачу конкретного навыка, а лишь неспецифическое возрастание мотивации и общей возбудимости нервной системы животных.
Для запоминания блокаторов: Азагуанин нарушает Азбуку РНК (замещает гуанин, блокируя выработку памяти), а Азидотимидин останавливает Архивацию (синтез ДНК и переход в долговременную память).
Вопросы с занятий и экзамена
Влияет ли блокада синтеза РНК на уже сформированные рефлексы?
Нет. Если ввести блокатор РНК (например, 8-азагуанин) уже после того, как рефлекс был выработан, навык сохранится и будет проявляться. Синтез РНК критичен только для процесса выработки (консолидации).
Почему результаты опытов с мозговыми экстрактами крыс подверглись критике?
Большинство сторонних лабораторий не смогло воспроизвести эти сенсационные результаты. Оказалось, что инъекции экстрактов не переносят саму память, а лишь повышают общую мотивацию и возбудимость животного, ускоряя его обучение.
Какова роль глиальных клеток в молекулярной теории памяти?
Клетки глии работают в тесной связке с нейронами. В экспериментах показано, что при обучении двигательным навыкам количество синтезируемой РНК увеличивается не только в двигательной коре, но и в прилегающих глиальных элементах.
Что ещё разобрать по теме
- Роль вестибулярного ядра Дейтерса в экспериментах Х. Хидена
- Механизм действия РНК-азы на регенерацию памяти у планарий
- Эволюция взглядов: от молекул РНК к концепции специфических «белков памяти»
- Дифференциация специфического переноса навыка и неспецифического повышения мотивации
Разберите тему целиком в курсе «Физиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Молекулярная теория памяти» и ещё 4 085 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 106 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Память»
Бесплатные видеоуроки: физиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.