 |
 |
 |
gordon0030@yandex.ru
Эгоизм и альтруизм нейрона
02.12.2003 
44:50
Стенограмма эфираЧем поведение нейрона отличается от поведения целого организма? Существуют ли нейроны эмоций, сознания и внимания? Как и чему учатся нейроны и кто ими управляет? Когда и почему гибнут нейроны в здоровом мозге? О том, эгоизм или альтруизм определяет поведение нейронов, — нейрофизиолог Константин Анохин и психолог Юрий Александров.
Участники:
Анохин Константин Владимирович —
Александров Юрий Иосифович — доктор психологических наук, профессор, заведующий лабораторией нейрофизиологических основ психики им. В. Б. Швыркова Института психологии РАН
Обзор темы:
Парадигма реактивности: нейрон, как и индивид, отвечает на стимул. С позиций традиционной парадигмы реактивности поведение индивида представляет собой реакцию на стимул. В основе реакции лежит проведение возбуждения по рефлекторной дуге: от рецепторов через центральные структуры к исполнительным органам.
Нейрон при этом оказывается элементом, входящим в рефлекторную дугу, а его функция — обеспечением проведения возбуждения. Тогда совершенно логично рассмотреть детерминацию активности этого элемента следующим образом: ответ на стимул, подействовавший на некоторую часть поверхности нервной клетки, может распространяться дальше по клетке и действовать как стимул на другие нервные клетки. В рамках парадигмы реактивности рассмотрение нейрона вполне методологически последовательно: нейрон, как и организм, реагирует на стимулы. В качестве стимула выступает импульсация, которую нейрон получает от других клеток, в качестве реакции — следующая за синаптическим притоком импульсация данного нейрона.
К сожалению, такая методологическая последовательность отсутствовала в рамках парадигмы активности. Как правило, анализ «нейронных механизмов» целенаправленного поведения приводил авторов к тому, что мы назвали ранее «уровневой эклектикой»: представлению о том, что индивид осуществляет целенаправленное поведение, а его отдельный элемент — нейрон — реагирует на приходящее к нему возбуждение — стимул. Важнейшей задачей в ТФС было устранение этой эклектики.
Решающий шаг в направлении решения этой задачи был сделан П. К. Анохиным, который в своей последней работе подверг аргументированной критике общепринятую, как он ее назвал, «проведенческую концепцию» нейрона, и предложил вместо нее системную концепцию интегративной деятельности нейрона.
Вне зависимости от конкретных, усложняющихся с развитием науки представлений о функционировании нейрона, в традиционном рассмотрении центральной оставалась идея об электрической суммации потенциалов на мембране нейрона. В соответствии с ней предполагалось, что возбуждающие и тормозные постсинаптические потенциалы, возникающие за счет изменения ионных градиентов на мембране постсинаптического («получающего») нейрона под действием пресинаптической импульсации, суммируясь, действуют на генераторный пункт нейрона, продуцирующий распространяющиеся потенциалы действия — импульсы.
П. К. Анохин назвал парадоксальным перенос на нейрон представлений, возникших при изучении функционирования нервного волокна и заставляющих рассматривать проведение возбуждения как главную деятельность нервной клетки. Если задача состоит лишь в том, чтобы передать возбуждение от одного нейрона к другому, то не ясно, для чего между входным и выходным импульсами «вставлены» сложные промежуточные этапы: выделение медиатора, его воздействие на субсинаптическую мембрану и химические превращения в ней. «Неужели для того, чтобы, начав с электрического потенциала терминали, сформировать в конце концов тот же спайковый потенциал, весьма сходный по своим физическим параметрам с потенциалом, пришедшим по аксонной терминали?» — спрашивал он.
Парадигма активности: нейрон, как и индивид, достигает «результат», получая необходимые метаболиты из своей микросреды.
Упомянутые ранее этапы перехода от пре- к постсинаптической активности приобретают смысл в том случае, если принять, что процесс, обеспечивающий переход от пре- к постсинаптическим образованиям, продолжается в непрерывную цепь химических процессов внутри нейрона и, главное, что все межклеточные контакты служат обмену метаболическими субстратами между контактирующими клеточными образованиями. Переход от «проведенческой концепции» к рассмотрению нейрона как «организма», получающего необходимые ему метаболиты из окружающей «микросреды», и был тем шагом, который предопределил последующую разработку проблемы в направлении ее системного решения.
Необходимость дальнейшей разработки определялась тем, что в рамках концепции интегративной деятельности нейрона последовательность событий в принципе оставалась той же, что и в парадигме реактивности. В обоих случаях процесс начинался приходом возбуждения к нейрону (стимул) и заканчивался генерацией этим нейроном потенциала действия (реакция). Разница состояла в том, какими процессами заполнялся интервал между действием медиатора на субсинаптическую мембрану нейрона и генерацией потенциала: химическими преобразованиями внутри нейрона в первом случае и электрической суммацией во втором.
Устранение эклектики и приведение представления о детерминации активности нейрона в соответствие с требованиями системной парадигмы было достигнуто отказом от рассмотрения активности нейронов как реакции на синаптический приток и принятием положения о том, что нейрон, как и любая живая клетка, реализует генетическую программу, нуждаясь при этом в метаболитах, поступающих к нему от других клеток (В. Б. Швырков). В связи с этим последовательность событий в деятельности нейрона становится аналогичной той, которая характеризует активный целенаправленный организм, а его импульсация — аналогичной действию индивида.
Разряды нейрона — не реакция на полученный синаптический приток, а активность, направленная в будущее.
Активность нейрона, как и поведение организма, является не реакцией, а средством изменения соотношения со средой, «действием», которое обусловливает устранение несоответствия между его «потребностями» и микросредой, в частности за счет изменений кровотока, метаболического притока от глиальных клеток и активности других нейронов. Эти изменения, если они соответствуют текущим метаболическим «потребностям» нейрона, приводят к достижению им «результата» (получение набора метаболитов, соединяющихся с его рецепторами) и прекращению его импульсной активности. Предполагается, что несоответствие между «потребностями», определяемыми генетически, и реально поступающими метаболитами может иметь место как при генетически обусловленных изменениях метаболизма клетки, так и при изменении притока метаболитов от других клеток. Таким образом, нейрон — не «кодирующий элемент», «проводник» или «сумматор», а организм в организме, обеспечивающий свои «потребности» за счет метаболитов, поступающих от других элементов.
Представление о клетке как об организме в организме — не является новой идеей, впервые сформулированной в системной психофизиологии. Так, более пятидесяти лет назад один из наиболее ярких и глубоких исследователей-физиологов, лауреат нобелевской премии Ч. Шеррингтон в своей книге «Man on his Nature» (1951) писал: «Утверждение, что из клеток, составляющих нас, каждая является индивидуальной эгоцентричной жизнью — не просто фраза. Это не просто удобный способ описания. Клетка как компонент тела — не только визуально ограниченный модуль, это отдельная жизнь, сосредоточенная на себе. Она живет собственной жизнью... Клетка — это отдельная жизнь, и наша жизнь, которая, в свою очередь, является отдельной жизнью, всецело состоит из
Клетка — это отдельная жизнь, сосредоточенная на себе.
Активность нейрона возникает при несоответствии между «потребностями», определяемыми генетически, и реально поступающими метаболитами. Несоответствие может иметь место как при генетически обусловленных изменениях метаболизма клетки, так и при несоответствии реально имеющегося притока метаболитов «потребному» в данный момент, в частности, в отсутствие притока.
С позиций традиционных представлений о нейроне, отвечающем реакциями на синаптический приток, его «обычная» активность представляется «экзогенной», вызванной внешним стимулом — притоком. В той же ситуации, когда она возникает в отсутствие «входной» импульсации, говорят об «эндогенной» активности, имеющей, так сказать, «внутреннее», а не «внешнее» происхождение. Ясно, что с системных позиций эти виды активности оказываются имеющими общее происхождение — они детерминированы метаболическими «потребностями» нейрона. И возникают при рассогласовании между состоянием «микросреды» нейрона и этим «потребностям», что может иметь место как при появлении несоответствующего «потребностям» притока (например, при раздражении электрическим током клеток мозга, связанных с данным нейроном), так и в отсутствие синаптического притока к нейрону, когда он необходим.
Активируясь для получения метаболитов, нейрон изменяет не только микросреду, но и себя, подготавливаясь к метаболическому притоку.
«Действие» нейрона, его импульсная активность, не только влияет на его микросреду, но изменяет и сам импульсирующий нейрон. Здесь опять можно провести аналогию с индивидом. Когда человек протягивает руку к яблоку, он не только приближает ее к
С позиций развиваемых здесь представлений активность нейрона, как и поведение индивида, может быть рассмотрена как со стороны влияния на окружающую среду, так и со стороны модификации активного агента, модификации, соответствующей ожидаемым параметрам эффекта этих влияний и являющейся непременной характеристикой активности. Модификация нейрона вследствие его собственной активности может быть рассмотрена как подготовка нейрона к будущему притоку, связанному с его активностью. Иначе говоря, давая спайки, нейрон не только обеспечивает необходимый ему метаболический приток, но подготавливается к его «утилизации».
Следовательно, как и в случае с целостным индивидом, на уровне отдельной клетки — результат, на достижение которого направлена активность — не новая среда и не новое состояние агента, а их новое соотношение.
Следует подчеркнуть, что для последовательно системного понимания детерминации активности нейрона существенны оба компонента: 1) признание направленности активности нейрона в будущее и 2) ее обусловленности метаболическими «потребностями» нейрона. То, что только первого из них, пусть и принципиального, но тем не менее недостаточно, видно на примере интересной концепции гедонистического нейрона, разработанной американским ученым А. Г. Клопфом. Утверждая, что целенаправленный мозг состоит из целенаправленных нейронов, А. Г. Клопф отвечает на вопрос о том, в чем нейроны нуждаются и как они это получают в соответствии со следующей логикой. Аристотель рассматривал получение удовольствия как главную цель поведения. Следовательно, организм гедонистичен. Нейрон есть организм. Следовательно, нейрон гедонистичен. «Удовольствие» для нейрона — возбуждение, а «неудовольствие» — торможение. Активация нейрона — «действие», обеспечивающее получение им возбуждения. Нейрон является гетеростатом, т. е. системой, направленной на максимизацию «удовольствия», т. е. возбуждения.
Таким образом, отсутствие первого из двух необходимых компонентов ведет к необходимости предположить наличие у нейрона довольно странных и экзотически аргументированных «потребностей». Эти представления становятся особенно сомнительными, если принять во внимание достаточно аргументированную концепцию «токсического перевозбуждения» (excitotoxic), в рамках которой длительное перевозбуждение нейронов рассматривается как причина их гибели.
В то же время наиболее часто у авторов отсутствует второй компонент. При анализе нейронного обеспечения поведения его отсутствие ведет к рассмотрению сложных метаболических превращений внутри нейрона, главным образом как фактора, обеспечивающего проведение возбуждения и пластичность (модификацию проведения при разных видах научения). При этом сложнейшие механизмы изменения «белкового фенотипа» оказываются направленными, например, на изменение чувствительности постсинаптической мембраны к стимулу — пресинаптическому возбуждению.
«Потребности» нейрона и объединение нейронов в систему как способ их удовлетворения. Охарактеризуем очень кратко некоторые существенные «потребности» нейрона. Они определяются необходимостью синтеза новых молекул, в том числе белков, расходуемых в процессе жизнедеятельности («типичная» белковая молекула разрушается в среднем через два дня после того, как она была синтезирована) или обеспечивающих структурные перестройки нейрона, которые имеют место при научении. Для этого в том случае, если в клетке нет соответствующей информационной РНК, направляющей синтез белка в цитоплазме, экспрессируются (становятся активными, «выраженными») гены, среди которых выделяют гены «домашнего хозяйства» (универсальные «потребности» клеток), гены «роскоши» (специфические «потребности» клетки) или «ранние» и «поздние» гены, экспрессируемые на последовательных стадиях формирования памяти, и т. д. Как предполагается, именно усложнение процессов регуляции экспрессии генов, а не их количество определяет эволюционное усложнение живых систем.
Различие в экспрессии генов определяют различие специализации клеток организма. Особенно велики эти различия для клеток мозга, в которых экспрессируются десятки тысяч уникальных для мозга генов. Считается, что метаболическая гетерогенность нейронов, обусловленная генетически и зависящая от условий индивидуального развития (т. е. являющаяся результатом взаимодействия фило- и онтогенетической памяти) лежит в основе разнообразия функциональной специализации нейронов и определяет специфику их участия в обеспечении поведения.
Роль большинства химических соединений, поступающих в «микросреду» клетки, сводится к изменению свойств и скорости синтеза имевшихся в ней белков или к инициации синтеза новых белков. Гидрофобные молекулы (например, стероидные или тиреоидные гормоны) могут проникать внутрь нейрона и соединяться там с рецепторами. Рецепторы — это, главным образом, белковые структуры, роль которых состоит в «узнавании» соответствующих молекул и обеспечении последующего развертывания тех или иных метаболических процессов. Но как влияют на метаболизм нейрона нейромедиаторы, выделяемые из терминалей контактирующих с ним нейронов и являющиеся гидрофильными молекулами, не проникающими в клетку и разрушающимися сразу после действия на мембрану данного нейрона?
Отправной точкой этого действия является соединение медиатора с рецептором постсинаптической мембраны. Соединяясь со «своим» рецептором, медиатор не только изменяет проницаемость ионных каналов, но и оказывает влияние на внутриклеточные процессы, например синтез протеинкиназ — ферментов, фосфорилирующих белки. Заметим, что изменение проницаемости ионных каналов обычно связывается с модуляцией электрического потенциала нейрона.
Однако оно оказывает также существенное влияние и на метаболизм клетки: трансмембранный транспорт метаболитов, внутриклеточный гомеостаз pH.
Совместная активность клеток, «зарабатывающих» метаболиты, — это целенаправленный поведенческий акт индивида.
Рассмотрение нейрона как организма в организме соответствует представлениям о значительном сходстве между закономерностями обеспечения жизнедеятельности нейрона и одноклеточного организма. Однако между ними существует и серьезное различие. Одноклеточный организм может обеспечить свои метаболические потребности за счет собственной активности, например, передвижения в область повышенной концентрации питательных веществ. Нейрон же обеспечивает «потребности» своего метаболизма, объединяясь с другими элементами организма в функциональную систему. Их взаимосодействие, совместная активность обеспечивает достижение результата — нового соотношения целостного индивида и среды. «Изнутри», на уровне отдельных нейронов достижение результата выступает как удовлетворение метаболических «потребностей» нейронов и прекращает их активность.
Вернемся еще раз к традиционному пониманию детерминации активности нейрона. В рамках этого понимания закономерно возникает вопрос, четко сформулированный Кэнделом (E. Kandel): «Почему имеются разные нейротрансмиттеры, если лишь одного достаточно для того, чтобы опосредовать передачу всех электрических сигналов?» С позиций представлений о системной детерминации активности нейронов, о которой шла речь выше, медиатор больше не рассматривается как стимул, действующий на нейрон (или отдельный его локус), а нейрон как передатчик электрических сигналов. Медиаторы являются метаболитами, обеспечивающим удовлетворение «потребностей» клетки. Многообразие и сложность этих потребностей таковы, что разнообразие медиаторов само по себе не кажется удивительным. Проблема же «множественности нейротрансмиттеров», т. е. множественности «передатчиков» гомогенных электрических сигналов превращается при этом в проблему определения специфики метаболических паттернов, связанных с обеспечением тех или иных «потребностей», и проблему модификации паттернов при формировании специализации нейронов в процессе системогенеза.
Новое понимание детерминации активности нейрона обусловливает применение новых методов ее анализа. Парадигмы в науке характеризуются не только теориями и аксиомами, но и специфическими методами исследования. Поэтому не удивительно, что формирование системного подхода к пониманию детерминации активности нейронов заставило изменить метод анализа активности. Вместо традиционных «постстимульных» гистограмм, выявляющих закономерные изменения активности нейрона после предъявления стимула, стали применять «предрезультатные» гистограммы. Предрезультатные гистограммы позволяют обнаружить нейроны, импульсная активность которых закономерно увеличивается при реализации поведения, направленного на получение конкретного результата, и прекращается при его достижении.
В последнее время получены данные, которые позволяют связать частоту «предрезультатной» активности со степенью потребности, с одной стороны, и с появлением поведения, направленного на удовлетворение этой потребности, с другой. Показано, например, что у зависимых от кокаина животных, обученных нажимать на педаль для самовведения кокаина (через канюлю, вживленную в яремную вену), частота активности нейронов, вовлекающихся в обеспечение инструментального кокаиндобывательного поведения тем выше, чем ниже концентрация кокаина в организме. Когда частота активности, постепенно нарастая, достигает определенного уровня, развертывается инструментальное поведение, достижение результата которого — введение кокаина — проявляется в подавлении активности этих нейронов. Затем, по прошествии некоторого времени, концентрация кокаина опять понижается, частота активности повышается, реализуется поведение добывания кокаина — цикл повторяется.
Значение системного понимания детерминации активности нейрона для психологии. Системная психофизиология отвергает парадигму реактивности, основывая свои положения на представлении об опережающем отражении, о направленной в будущее активности не только индивида, но и отдельных нейронов. Тем самым она обеспечивает для психологии, оперирующей понятиями активности и целенаправленности, возможность избавиться от эклектических представлений, часто появляющихся при использовании материала нейронаук, которые до сих пор испытывают серьезное, хотя и уменьшающееся, влияние парадигмы реактивности.
Научение как реактивация процессов созревания. В настоящее время становится общепризнанным, что многие закономерности модификации функциональных и морфологических свойств нейронов, а также регуляции экспрессии генов, лежащие в основе научения у взрослых, сходны с теми, которые определяют процессы созревания, характеризующие ранние этапы онтогенеза. Это дает авторам основание рассматривать научение как «реювенилизацию» («возврат в детство») или «реактивацию процессов созревания», имеющих место в раннем онтогенезе (в соответствие с традициями биологической литературы период онтогенеза, обозначаемый здесь как «созревание», называется «развитием»). В рамках ТФС, наряду с признанием специфических характеристик ранних этапов индивидуального развития по сравнению с поздними, уже довольно давно было обосновано представление о том, что системогенез имеет место не только в раннем онтогенезе, но и у взрослых, так как формирование нового поведенческого акта есть формирование новой системы.
Позднее был сделан вывод о том, что принципиальным для понимания различий роли отдельных нейронов в обеспечении поведения является учет истории формирования поведения, т. е. истории последовательных системогенезов, и разработана
Научение — селекция или инструкция?
Представление, сложившееся как в когнитивных науках, так и в биологии о том, что индивид снабжен «многоцелевыми» врожденными элементарными «кирпичиками» — «примитивами», из которых в условиях инструктирующего влияния среды может быть сконструировано что угодно в процессе «ассоциативного обучения», подвергается разносторонней критике. Доказательно обосновываются преимущества представления, согласно которому научение есть процесс селекции и прогрессивной специализации. Так, Дж. Эдельмен приводит аргументы против инструктивного принципа, заключающиеся в том, что этот принцип требует точной копии каждого сигнала. Копия может формироваться новыми структурами, включающими старые компоненты, или совершенно новыми структурами. В первом случае необходим механизм высшего порядка (гомункулюс) для различения старых и новых элементов; во втором случае система будет быстро истощена. Именно поэтому альтернативным вариантом является селекция.
Принцип селекции по Эдельмену может быть описан следующими положениями. В мозге формируются группы нейронов, каждая из которых
Селекция имеет место уже при созревании мозга в раннем онтогенезе, в процессе которого множество (50% и более) нейронов гибнет. Отобранные же клетки составляют первичный ассортимент. Вторичный ассортимент, формируется в результате селекции, происходящей при научении в процессе поведенческого взаимодействия со средой. Принятие положения о селекции как основе развития на всех его этапах устраняет дихотомию между созреванием и научением.
Селекция — основа эволюционного и индивидуального развития.
Между селекцией нейронов, селекцией в эволюции и клональной селекцией в иммунологии имеется аналогия. Гарантия успеха во всех случаях — предсушествующее многообразие нейронов, индивидов или лимфоцитов. Так, в иммунологии раньше считалось, что антиген «инструктирует», изменяет лимфоцит. Однако затем стало ясно, что антиген «отбирает» лимфоцит, обладающий соответствующими свойствами, и соединяется с ним. Отобранные лимфоциты начинают делиться, образуя популяцию однородных клеток (клон). В результате продукция необходимых в данном случае антител увеличивается
В рамках
Системная специализация и системоспецифичность нейронов. Специализация нейронов относительно вновь формируемых систем — системная специализация — постоянна, т. е. нейрон системоспецифичен. В настоящее время обнаружены нейроны, специализированные относительно самых разнообразных элементов опыта: актов использования определенных слов у людей, актов «социального контакта» с определенными особями в стаде у обезьян, актов инструментального поведения у кроликов, актов ухода за новорожденными ягнятами у овец и мн. др.
Когда надо обучаться, начинают «говорить» молчащие нейроны.
В основе формирования новых функциональных систем при научении лежит селекция нейронов из резерва (ранее «молчавших», импульсно неактивных клеток). Селекция нейронов зависит от их индивидуальных свойств, т. е. от особенностей их метаболических «потребностей».
В экспериментах с использованием метода микроионофореза (подведение к нейрону через микроэлектрод биологически активных веществ) было показано, что искусственное изменение «микросреды» «молчащих» нейронов ведет к появлению у них импульсации. Вероятно, искусственное подведение веществ к нейрону приводит к рассогласованию между его «потребностями» и свойствами «микросреды». Тем самым моделируется вовлечение нейронов из «резерва» при научении, необходимость которого на уровне целого организма также может быть связана с рассогласованием между потребностями последнего и имеющимся у него опытом. Разные «молчащие» нейроны чувствительны к разным медиаторам, что, возможно, связано с различием их «потребностей». Видимо, именно нарастание в филогенезе разнообразия метаболических «потребностей» нейронов (белковый и пептидный состав нейронов в филогенезе усложняется) обусловливает филогенетическое усложнение поведения.
Говоря об образовании постоянных системных специализаций нейронов как основе научения, следует вновь подчеркнуть сходство этого процесса с тем, что разворачивается при формировании иммунитета. В течение жизни организм учится бороться с инфекциями. В основе этого процесса формирование специализаций иммунных клеток, обусловливающее появление способности распознавать новый антиген. Сформированная «память» иммунных клеток постоянна, они никогда не «забывают».
Индивидуальные различия в обучаемости могут быть связаны с различиями в числе нейронов.
Поскольку считается, что нервная система состоит из нейронов, обладающих своеобразной «индивидуальностью», постольку представляется логичным предположение, что число нейронов в известной мере отражает их разнообразие и предопределяет поведенческие возможности индивида. Можно полагать поэтому, что не только межвидовые, но и индивидуальные различия связаны, в частности, с различием в числе нейронов, имеющихся у сравниваемых видов или индивидов, соответственно.
Аргументы в пользу наличия подобной связи получены недавно в экспериментах, показывающих наличие высоко значимой связи между числом нейронов в определенных структурах мозга и способностью птиц к выучиванию специфического поведения — воспроизведению видовой песни: чем больше нейронов у данной птицы в этих структурах, тем более точно она воспроизводит услышанные от других птиц фрагменты видовой песни. Показано также, что генетически детерминированные вариации в количестве нейронов гиппокампа коррелируют с обучаемостью пассивному избеганию у мышей: чем больше нейронов, тем лучше сохраняется навык.
Положение о селекции и системоспецифичности не означает абсолютной предопределенности: как в раннем онтогенезе селекция не означает полной готовности, предопределенности моделей результатов даже видоспецифических актов — они формируются в зависимости от особенностей индивидуального развития, так и у взрослого наличие групп нейронов со специфическими свойствами, которые могут быть отобраны при научении,
Системогенез и смерть. Консолидация, упрочение вновь сформированной памяти включает морфологические изменения нейронов, такие, например, как изменение размера синапсов, изменение их числа. Начальным звеном каскада
Активация «ранних» генов у взрослого индивида имеет место не только при научении, но и при поражениях нервной системы, повреждениях тела, голоде, стрессе и т. д. Общим для всех этих ситуаций является то, что ранее сформированные способы согласования метаболических «потребностей» нейронов оказываются неэффективными. Поиск новых путей согласования включает как модификации на уровне поведенческих адаптаций, так и
Как уже говорилось, нейрон может обеспечить «потребности» своего метаболизма, объединяясь с другими элементами организма в функциональную систему. Поэтому, как в норме (научение), так и в патологии (например, восстановление после инсультов, травматических, опухолевых и т. п. поражений мозга), когда проблему согласования «потребностей» нельзя решить с использованием имеющихся у индивида способов согласования (т. е. в рамках имеющегося у индивида опыта) развертываются процессы системогенеза.
Как научение в норме, так и восстановление в патологии — формирование новых путей достижения положительных результатов.
О формировании новой системы, направленной на достижение конкретного результата, как о важнейшем звене механизмов научения уже шла речь выше. Адаптационные изменения организации внутренней среды и соотношения индивида со средой внешней, возникающие в условиях патологии, могут быть также рассмотрены как формирование новых путей достижения положительных результатов. Многочисленными исследованиями динамики мозговой активности, например, после локальных его повреждений показано, что в интактных структурах мозга развиваются процессы реорганизации, обусловливающие восстановление поведения, и что эти процессы сопоставимы с пластическими перестройками, имеющими место при научении в норме. В связи с этим не удивительно, что реювенилизация — активация у взрослого процессов, характерных для созревания мозга в раннем онтогенезе, имеет место не только при научении в норме, но и при восстановлении после поражений мозга.
В случае если процессы системогенеза протекают успешно, формируются новые системы, устанавливаются новые межнейронные соотношения, обеспечиваемые морфологическими перестройками (в основе которых — активация генетического аппарата) и обеспечивающие удовлетворение метаболических «потребностей» нейронов, а, следовательно, и их выживание. Если же нет — рассогласование между «потребностями» нейронов и их микросредой не устранено, нейроны гиперактивны, активация «ранних» генов затягивается: одна волна экспрессии сменяет другую. В случаях такой затянутой активации «ранних» генов в нейронах могут экспрессироваться так называемые «гены смерти», активация которых ведет к гибели нервных клеток.
В рамках такого представления множественные повторные волны экспрессии «ранних» генов на начальных стадиях онтогенеза возможно связать не только с интенсивным морфогенезом и формированием все новых поведенеческих актов (у многих животных за первые недели постнатального онтогенеза формируется больше половины актов всего поведенческого репертуара), но и с гибелью в этот период 50% или более из появляющихся нервных клеток.
Итак, в случае возникновения рассогласования между «потребностями» нейрона и его микросредой и при невозможности устранить рассогласование в рамках имеющегося опыта, как в норме (в раннем онтогенезе и у взрослого), так и в патологии у него имеется, образно говоря, следующая альтернатива: вовлечение в успешный системогенез или смерть.
Измениться или умереть — выбор, с которым сталкивается нейрон в норме и патологии.
Логично полагать, что особенно часто второй вариант развития событий — смерть — имеет место в условиях патологии. Но не только. Можно предположить, что в случаях, когда индивид оказывается в «неизбегательной» ситуации (что в субъективном плане ведет к депрессивному состоянию) или в ситуации нормального обучения сравнительно долго решает сложную проблему, также имеет место нарастание частоты смерти нейронов.
Необходимо подчеркнуть здесь не только негативный, но и позитивный, в общеорганизменном плане, аспект гибели нейронов. Выше отмечалось, что гибель клеток в раннем онтогенезе — характеристика, присущая нормальному созреванию. Фатальный для отдельных клеток исход — гибель — может оказываться неизбежной платой за возможность осуществления успешного системогенеза и далее: на протяжении всего индивидуального развития. Неизбежной, возможно, в том случае, если метаболические «потребности»
Следовательно, формулируемая в настоящем сообщении позиция сводится не к альтернативе системогенез или смерть, а, коротко говоря, к двум взаимосвязанным путям обеспечения системогенеза: модификация нейрона или его гибель. Блокирование любого из них нарушает системогенетические процессы. Таким образом, здесь подчеркивается именно позитивный, в общеорганизменном плане, аспект гибели нейронов.
Фатальный для отдельных клеток исход — гибель — можно представить себе в качестве неизбежной платы за возможность осуществления успешного системогенеза на протяжении всего индивидуального развития. Неизбежной, по крайней мере, в тех случаях, когда метаболические «потребности»
Можно предположить также, что особенно выраженное нарастание частоты смерти нейронов обнаружится при таком обучении, когда индивид долго не способен решить сравнительно сложную проблему, в частности, когда индивид оказывается в «неизбегательной» ситуации, что в субъективном плане может выражаться в депрессивном состоянии.
Альтруистичный суицид. Выше представлению об активном нейроне было противопоставлено представление о нейроне реагирующем. Цель этого раздела сообщения состоит в том, чтобы подчеркнуть, что принцип активности распространяется на весь период и на все аспекты существования нейрона, включая и процессы, связанные с реализацией альтернативы: измениться или умереть. Данная позиция находится в соответствии с точкой зрения о том, что каждый из этапов элиминации клетки является активным и что, по существу, элиминация является суицидом.
Можно добавить, что этот суицид альтруистичен. В том смысле, что клетка включает программу самоэлиминации для того, чтобы таким образом устранить иным путем неустраняемое метаболическое противоречие и обеспечить успешную адаптацию индивида к изменившимся условиям. А значит, обеспечить выживание других клеток, принадлежащих к тому же клону.
Ранее уже приводились аргументы в пользу существования «альтруистичного клеточного суицида» в нервной системе: при инфицировании нейротропным вирусом. Альтруистичный суицид рассматривается как стратегия мультиклеточного организма, ограничивающего размножения вируса путем самоуничтожения инфицированных клеток. У альтруизма клеток многоклеточного организма имеются эволюционные предпосылки. Описана альтруистическая гибель у одноклеточных (амебы Dictyostelium discoideum), которые приносят себя в жертву другим клеткам своего клона, обеспечивая за счет формирования нежизнеспособного стержня существование временно формирующегося многоклеточного образования. Остальные (около 80%) клеток превращаются в жизнеспособные споры, составляющие это образование.
Индивидуальное развитие как последовательность системогенезов. В основе процесса специализации нейрона при научении находится экспрессия «ранних» и затем «поздних» генов, ведущая к изменению структуры нейрона и его метаболических «потребностей». Если принять, что при формировании новой специализации нейронов в процессе научения (системогенеза) новому поведению используется очередной, новый вариант реализации данного индивидуального генома, то с позиций высказанных соображений индивидуальное развитие может быть представлено как последовательность системогенезов и «актуализация» генома, связанная с системогенезами.
Развитие — это «актуализация» генома в процессе последовательных системогенезов.
Сопоставив становление системной специализации нейрона в процессе научения с формированием вторичного ассортимента (по Дж. Эдельмену), мы можем рассмотреть формирование первичного ассортимента как образование «преспециализации» нейронов в процессе раннего онтогенеза, а научение — как «расходование» сформированных преспециализаций путем перевода их в конкретные специализации относительно вновь формируемых систем. Возможно, это «расходование» является одним из факторов, определяющих экспериментально выявляемый феномен понижения уровня экспрессии «ранних» генов с возрастом.
Преспециализация нейронов, предназначенных для древних систем видоспецифических актов, сравнительно жестко детерминирует, относительно системы какого конкретного акта они будут специализированы при научении. Однако эта детерминация не однозначна. Как мы уже говорили, видоспецифические акты формируются в зависимости от особенностей индивидуального развития. Так показано, что если крысятам сразу после рождения давать молоко только из поилок, то вместо сосания у них формируется другое пищедобывательное поведение, сильно от сосания отличающееся: лакание. Известно, что в норме у детей первичная вокализация — лепет — является доречевой стадией формирования речи. У немых детей, которые с рождения подвергаются воздействию жестовой речи, вместо вокализационного наблюдается «мануальный лепет»: они продуцируют отдельные «речевые жесты» и их бессмысленные последовательности. С помощью картирования активности мозга взрослых обнаружено, что структуры мозга, активные в норме при голосовой речепродукции, активируются и у немых, но при жестовой речи. Вероятно, в значительной степени перекрывающиеся, хотя и не идентичные, группы нейронов специализируются в отношении «систем речепродукции», которые оказываются «вокализационными» в норме или «жестовыми» у немых.
Значительно менее ясно, на каком «языке» «написана» преспециализация нейронов, предназначенных для формирования индивидуальноспецифического поведения у взрослого индивида. Предположим, если один экспериментатор учит животное нажимать на педаль для получения пищи, он обнаруживает нейроны, специализированные относительно системы этого акта. Другие экспериментаторы после обучения животного потягиванию зубами кольца находят нейроны, специализированные относительно системы этого акта. Нельзя думать, что они, а также и все другие акты, которые может придумать экспериментатор, заранее предопределены «своей» преспециализацией. Скорее, говоря об индивидуальноспецифических актах, следует полагать, что отдельные группы преспециализаций предназначаются для последовательных стадий индивидуального развития на протяжении всей жизни. И язык индивидуальноспецифических преспециализаций есть язык стадий, отвлеченный от их конкретного индивидуальноспецифического содержания. Он становится состоянием, которое может быть описано через уникальный набор актов, формируемых данным индивидом в специфических условиях существования языком конкретного акта в результате обучения этому акту и формирования специализаций нейронов в отношении системы этого акта.
В психологической литературе имеются попытки периодизации развития структуры личности, в том числе личности взрослого человека. Так, Э. Эриксон выделяет универсальные для человечества периоды (с 20 лет до смерти): ранней, средней и поздней зрелости, полагая, что эти периоды представляют собой эпигенетическое развертывание наследуемого генетически «плана личности». Каждый из указанных периодов включает, конечно, множество стадий, подчеркивая их некоторую общую характеристику. Выделить и описать все эти стадии пока невозможно. В то же время представляется логичным думать, что эти стадии могут быть описаны через число пройденных системогенезов, общее число сформированных систем и характер отношений (оппонентность, синергия и т. п.), сложившихся между системами и их группами и характеризующих структуру индивидуального опыта на данной стадии.
Изучение и сравнение (в том числе и межвидовое) языков видоспецифических и индивидуальноспецифических преспециализаций представляется чрезвычайно перспективной задачей.
Структура субъективного мира и субъект поведения. Специализация нейронов относительно элементов индивидуального опыта означает, что в их активности отражается не внешний мир как таковой, а соотношение с ним индивида. Именно поэтому изучение системных специализаций нейронов — адекватный метод для описания субъективного мира.
В рамках такого описания субъективный мир выступает как структура, которая представлена накопленными в эволюции и в процессе индивидуального развития системами, закономерности отношений между которыми — межсистемные отношения — могут быть описаны качественно и количественно. Под субъектом поведения понимается весь набор функциональных систем, из которых состоит видовая и индивидуальная память. Состояние субъекта поведения при этом определяется через его системную структуру как совокупность систем разного фило- и онтогенетического возраста, одновременно активированных во время осуществления конкретного акта. Минимально необходимый набор систем разного возраста, реализация которых обеспечивает достижение результата отдельного поведенческого акта, может быть рассмотрен как единица индивидуального опыта, а отдельная система — как элемент индивидуального опыта.
Психофизиологическое основание закона Рибо. Особое значение для рассмотрения изменений проекции опыта в патологии имеет «закон разложения» Рибо (T. Ribot). Он выделял «элементы» психики «с точки зрения последовательных фаз ее происхождения» и в соответствии с этим в качестве механизмов патологических состояний рассматривал изменения, при которых в первую очередь модифицируются уровни, возникшие последними. Анализ модификации активности нейронов, лежащей в основе вызванных острым введением алкоголя нарушений поведения животных, выявил уменьшение количества активных в поведении клеток. Паттерн специализации нейронов изменяется (в лимбических структурах, но не в моторной коре) следующим образом: доля активных нейронов, принадлежащих к новым системам, уменьшается за счет избирательного подавления активности этих нейронов, в особенности клеток, лежащих в верхних (II — IV) слоях коры. Интересно отметить, что эти слои являются филогенетически более молодыми, чем нижние, и их развитие в эволюции связывается с усложнением психической деятельности.
Та же закономерность обнаруживается при исследовании человека. Анализ эффектов острого введения алкоголя на
Новые элементы опыта имеют повышенную чувствительность к повреждающим воздействиям.
В случае острого влияния алкоголя мы имеем дело с обратимым изменением проекции индивидуального опыта. В результате же хронической алкоголизации, как и в ситуации с локальным поражением мозга, модификации оказываются стойкими. Основной мишенью повреждающего действия хронической алкоголизации являются именно нейроны новых систем, локализующиеся в тех слоях и областях мозга, которые наиболее чувствительны к острому введению алкоголя. Именно за счет этих клеток уменьшается число корковых нейронов (они гибнут) и изменяется паттерн специализации. Так, например, в лимбической коре количественное соотношение нейронов «новых» и «старых» систем становится обратным по сравнению со здоровыми животными: нейроны, принадлежащие «старым» системам, которых в норме значительно меньше, чем нейронов «новых» систем, становятся преобладающими.
Можно полагать, что повышенная чувствительность нейронов новых систем, являясь психофизиологическим основанием закона Рибо, определяет описываемую им феноменологию.
Библиография
Александров Ю. И. Значение активности центральных и периферических нейронов в поведении. М., 1989
Александров Ю. И. Системная психофизиология / Психофизиология. СПб., 2003
Анохин К. В. Молекулярные механизмы развития мозга и обучения: на пути к синтезу // Вестник РАМН. 2001. № 4
Анохин К. В. Психофизиология и молекулярная генетика мозга / Психофизиология. СПб., 2003
Анохин П. К. Системный анализ интегративной деятельности нейрона / Очерки по физиологии функциональных систем. М., 1975
Докинз Р. Эгоистичный ген. М., 1993
Швырков В. Б. Введение в объективную психологию. Нейрональные основы психики. М., 1995
Edelman G. M. Neural Darwinism. N.Y., 1987
Gross C. G. Genealogy of the «grandmother cell» // Neuroscientist. 2002. № 8
Klopf H. Hedonistic Neuron: A Theory of Memory, Learning and Intelligence. N.Y., 1982.
Тема № 324
Эфир 02.12.2003
Хронометраж 44:50
www.ntv.ru