Клеточные алфавиты или нервная система?

Поскольку все эти проблемы долговременной памяти у моллюсков смыкаются с биохимической проблематикой моих собственных исследований на цыплятах, я намерен на время отложить их обсуждение. Сначала нужно будет заняться теми вопросами, которые с редукционистской прямолинейностью игнорировались в ортодоксальных работах на аплизии (во всяком случае подход здесь был ортодоксальным в середине 80-х годов, хотя сейчас, похоже, он становится все более гибким). Хотелось бы, чтобы мои критические замечания были поняты правильно. В последние двадцать лет группа Кэндела внесла большой теоретический и экспериментальный вклад в изучение клеточных механизмов памяти, но интеллектуальная самоуверенность коллектива в целом и авторитет его руководителя стали приводить к замалчиванию некоторых аспектов всей этой работы и оттеснению тех, кто пытался привлечь к ним внимание. Я не собираюсь переходить на личности и вдаваться в вопросы приоритета, тем более что Сьюзан Олпорт уже вынесла кое-что на публичное обсуждение в книге «Исследователи черного ящика». Вместо этого я попытаюсь сосредоточиться на некоторых спорных теоретических вопросах.

Кое-кто из недовольных амбициозностью кэнделовской метафоры «клеточного алфавита» ссылается на якобы разную природу научения у беспозвоночных (аплизии) и у позвоночных. Нервная система аплизии состоит из относительно небольшого числа нейронов, однако среди них есть очень крупные. Этим она сильно отличается от мозга позвоночных, который содержит множество мелких нейронов с чрезвычайно большим количеством связей между ними. Поэтому одно из главных различий в устройстве мозга позвоночных и беспозвоночных иногда видят в том, что у последних на отдельный нейрон или даже синапс ложится гораздо больше работы и ответственности, чем у позвоночных, у которых они распределены между разными клетками. Возможно, так оно и есть, но в последние годы нейрофизиологи-беспозвоночники (те, что изучают беспозвоночных, а не особая группа исследователей, лишенных спинного хребта!), обычно утверждавшие, что излюбленные ими организмы имеют простую нервную систему, несколько изменили формулировку: они говорят теперь о «простых» нервных системах, намеренно употребляя кавычки в знак признания того, что эти системы все же на много порядков сложнее, чем действительно простые компьютерные схемы. У многих беспозвоночных, например у насекомых, нервная система набита крошечными нейронами. Это относится и к таким моллюскам, как осьминоги и кальмары с их крупным мозгом. Аплизия представляет случай особого рода, ибо это животное легко изучать, но, очевидно, можно без большой натяжки утверждать, что фундаментальные механизмы научения не слишком отличаются у нее от свойственных другим беспозвоночным животным и даже позвоночным с сопоставимыми размерами нервной системы. Синаптические взаимодействия даже 20 000 нейронов достаточно многообразны, чтобы они работали как целостная система, а не отдельные клетки, и некогда популярные утверждения, что в нервной системе насекомых и ракообразных можно найти ключевые «командные» нейроны, оказались столь же несостоятельными, как и пропагандировавшиеся с равным энтузиазмом «командные экономические методы» в Восточной Европе. Иными словами, этот подход так же мало пригоден для организации индивидуального поведения, как и для управления страной.

Другое направление критики представляют некоторые психологи, концентрирующие огонь на вопросе о том, насколько экспериментальная процедура ассоциативного обучения аплизии «действительно» отвечает требованиям классического обусловливания [10]. Однако все эти перебранки по поводу терминологии сейчас интересуют меня гораздо меньше других вопросов, которые я здесь рассмотрю, исходя из критериев необходимости, достаточности и специфичности. Несмотря на поразительную аналогию между процессами привыкания и сенситизации у интактных аплизии и реакциями изолированного сенсорно-моторного синапса - аналогию, вполне удовлетворяющую некоторым из моих критериев, здесь имеется явный логический пробел. Хотя изменения на уровне этого синапса в процессе привыкания при рефлекторном втягивании жабры и сифона действительно происходили, до сих пор формально не доказаны их необходимостьи достаточность. Говоря об упрощениях, производившихся группой Кэндела, я уже отмечал, что они устраняли ряд «неудобных» в экспериментальном и теоретическом плане процессов, сопутствующих поведенческой реакции (например, влияние периферической нервной системы и некоторые полисинаптические воздействия на моторные нейроны). Возможны ли привыкание, сенситизация и ассоциативное научение в случае повреждения ключевых сенсорно-моторных синапсов (пятый критерий)? И только ли эти специфические синапсы изменяются при процессах кратковременного и долговременного научения?

Один из самых упорных критиков Кэндела, нейрофизиолог Кэн Луковяк из Калгари, указывает, что причинная связь между нервной и поведенческой реакциями, постулированная Кэнделом, никогда не подвергалась прямой проверке на интакгных животных. Так, например, если сила реакции целиком зависит от отдельного синапса, у интактного животного должна выявляться высокая положительная корреляция между степенью активации специфического моторного нейрона и выраженностью рефлекса втягивания. Попытка обнаружить такую корреляцию Луковяку не удалась. Создавалось впечатление, что силу рефлекса контролирует не какая-то отдельная клетка абдоминального ганглия, а весь комплекс взаимодействующих клеток как система [11].

Подтверждение этого вывода пришло не от оппонентов, а от самих членов группы Кэндела. В частности, морфологи Мэри Чен и Крейг Бэйли потратили несколько лет на изучение и измерение синапсов абдоминального ганглия аплизии. Они обнаружили, что при ассоциативном научении происходят характерные изменения формы и числа этих синапсов (весьма сходные с наблюдавшимися нами у цыплят, я более подробно опишу их в следующей главе). Некоторые из этих изменений носят кратковременный характер, а другие (особенно увеличение числа синапсов), по-видимому, более стойки. Если это действительно так, если создание устойчивой простой ассоциации связано с образованием множества новых синапсов, то нельзя утверждать, что память «представлена» единственным набором синапсов на определенном моторном нейроне; в этот процесс должны быть вовлечены тысячи синапсов, распределенных между многими клетками [12]. Окончательную точку в этом споре поставил Том Кэрью, который сейчас работает в Йельском университете. Он изучал ход развития аплизии от крошечной свободноплавающей личинки через ряд промежуточных стадий до взрослой особи и, в частности, картировал формирование нервной системы и поведения у этого животного. По его наблюдениям, привыкание появляется на относительно ранней стадии, а сенситизация - намного позже. В нервной системе совсем юных аплизии сравнительно мало нейронов, тогда как начальный период проявления сенситизации совпадает со временем резкого увеличения их числа. Но если для сенситизации требуется лишь описанная ранее простая реакция комплекса из трех нейронов, то трудно понять, почему - в отличие от привыкания - она должна зависеть от такого роста популяции нервных клеток [13].

Я уделил здесь время рассказу об аплизии не только ввиду важности достижений Эрика Кэндела в плане накопления экспериментального материала и разработки теоретических моделей, но прежде всего в связи с тем местом, которое они заняли в учебниках и руководствах, сделав нейрофизиологию памяти полноправной наукой и сформировав целое направление исследований. Несмотря на ряд важных различий в результатах, полученных на Apfysia и на Hermissenda, и в их интерпретации соответствующими научными школами [14], обе группы внесли вклад в это направление, руководствуясь общей теоретической задачей, которая ведет к четкой, но, мне кажется, в конечном счете ошибочной редукционистской философии и стратегии поиска механизмов памяти. Конечно, ни один творчески мыслящий ученый не станет упрямо придерживаться устоявшихся взглядов перед лицом новых фактов, но только сам Кэндел может сказать, как далеко он отошел от своих ранних крайне редукционистских убеждений. Теперь пора перейти к рассказу о той экспериментальной системе, которая в последнее десятилетие стала (и до сих пор остается), вероятно, единственной по-настоящему популярной в нашей науке моделью научения.