Гиппокамп и образование памяти

Потерянная после удаления гиппокампа способность к образованию долговременной памяти у человека стимулировала многих исследователей к изучению роли этой структуры мозга у различных экспериментальных животных. Морфология гиппокампа к этому времени была уже хорошо изучена (Рис. 17.12). Постепенно накапливались экспериментальные наблюдения, свидетельствующие о причастности гиппокампа к образованию долговременной памяти. Так, например, можно научить крыс находить пищу или воду в радиальном лабиринте (Рис. 17.13), наблюдая с помощью вживлённых в гиппокамп электродов за активностью его нейронов. Джону О¢Кифу и Линну Нейдлу (O¢Keefe J. & Nadel L.) в конце 70-х годов удалось установить, что отдельные клетки гиппокампа активируются только при выборе крысой альтернативного пути дальнейшего продвижения в лабиринте - таким нейронам дали название "клетки мест".

Ричард Моррис (Morris R.G.M.) из Эдинбурга придумал новый вариант лабиринта для крыс: большой чан, около 2 метров в диаметре он заполнил тёплой водой, которую замутил молоком, и чуть ниже уровня жидкости поместил небольшую платформу, незаметную в мутной воде. Помещённая в чан крыса вынуждена плавать, пока случайно не обнаружит скрытую там платформу. После этого выпускаемая в чан в разных местах крыса кратчайшим путём сразу плывёт к этой платформе, причём ориентируется она по окружающим предметам (окно в стене комнаты, часы, висящие на другой стене и т.п.). Крысы с удалённым гиппокампом не могут образовать долговременную память, позволяющую ориентироваться в пространстве, и находят платформу только случайно, как при первом опыте.

В 1973 году Тим Блисс и Терье Лёмо (Bliss T. V. P., Lomo T.) опубликовали результаты своих опытов, проведённых на гиппокампе наркотизированных кроликов. Они раздражали серией импульсов электрического тока с частотой 10-100 Гц (т. е. обычной для естественной активности нервных клеток) входящие в гиппокамп волокна обонятельного тракта, после чего наблюдали необычайно длительное, до 10 часов, усиление активности нейронов зубчатой извилины гиппокампа, имевших синапсы со стимулированными волокнами. Столь долго сохраняющаяся после прекращения раздражения активность нейронов была названа долговременной потенциацией (ДВП). Это явление стали активно исследовать и обнаружили, что ДВП в разных областях гиппокампа может сохраняться на протяжении нескольких недель после события, вызвавшего её появление. Если же помешать возникновению ДВП у интактных крыс, то они будут вести себя в водяном лабиринте Морриса так же, как и животные с повреждённым гиппокампом. Это означает, что деятельность гиппокампа в формировании долговременной памяти связана с образованием ДВП.

ДВП была обнаружена в нескольких регионах гиппокампа, её возникновение происходило в синапсах, использующих в качестве медиатора глутамат. У постсинаптических нейронов для этого медиатора имелись особого типа рецепторы - НМДА-чувствительные (кроме глутамата они могут связываться с Н-метил-Д-аспартатом). Особенность рецепторов этого типа состоит в том, что они имеют двойное управление. Чтобы их активировать необходимы, во-первых, присоединение глутамата, а во-вторых, предварительная деполяризация постсинаптического нейрона (Рис.17.14).

Такие рецепторы сосредоточены на вершинах дендритных шипиков, т.е. специализированных выпячиваниях дендритов, и в значительно меньшей степени на стержнях дендритов. Через каналы этих рецепторов могут проходить ионы натрия и, что особенно важно для образования ДВП - ионы кальция. Однако при нормальной величине мембранного потенциала кальциевые каналы блокированы ионами магния. В случае деполяризации мембраны ионы магния освобождают каналы для прохождения ионов кальция.. Вызвать такую деполяризацию могут другие нейроны, конвергирующие к этой же постсинаптической клетке и действующие своими медиаторами на другие её рецепторы, не относящиеся к НМДА-типу. В результате наступившей деполяризации и одновременного присоединения глутамата к НМДА-рецепторам ионы магния освобождают проход в каналах этих рецепторов и в постсинаптическую клетку входит довольно много ионов кальция, что является пусковым моментом для образования ДВП. При этом шипики оказываются особым функциональным отделом постсинаптической клетки, который уменьшает возможную диффузию кальция через другие участки её мембраны и, кроме того, препятствует действию других нейронов на постсинаптическую клетку.