Передняя система внимания локализована в передней цингу-лярной (поясной) извилине медиальной части фронтальной доли. Она ответственна за формирование «внимания к действию» и участвует в семантических операциях, приводящих к выбору нужной реакции. Схематично концепция М. Познера о двух системах внимания, основанная на анализе данных ПЭТ-исследования при зрительном и слуховом предъявлении вербальных стимулов, представлена на рис. 23. В вентральной части затылочной доли формируются зрительные образы слова (треугольники). При зри-
96
тельном селективном поиске соответствующего слова активируется задняя система внимания (задняя париетальная кора — шести гранники). В переднем мозге латеральная левая фронтальная доля вовлечена в семантический анализ (кружочки). Локальные области в передней цингулярной извилине (передняя система внимания) ответственны за выбор реакции (квадраты). Предположительно, при повторении слов вслух активируются зоны, показанные пунктиром.
Система зрительно-пространственного внимания была также исследована в условиях бдительности, при длительном удержании внимания к пороговым стимулам. Состояние бдительности вызывает активацию обеих префронтальных областей, а также правой париетальной коры. Поэтому данный тип внимания связывают с функцией преимущественно правого полушария. Система может работать независимо от нелатерализованной передней системы внимания (Pardo J.V. et al., 1991).
Методом ПЭТ была исследована корреляция метаболической активности мозга с компонентом ориентировочного рефлекса в виде суммарного показателя фазических реакций кожной проводимости. Анализировались результаты сканирования во время повторных предъявлений звукового стимула в ситуации привыкания и в процессе угасания выработанного условного оборонительного рефлекса. Величина ориентировочного рефлекса коррелировала с ростом метаболической активности в орбитофронтальной, дорзо-латеральной префронтальной, нижней и верхней фронтальной, нижней и средней височной коре правого полушария.
Активация мозга по ЛМКТ изучалась и в связи с выполнением произвольных движений — сложной последовательности быстрых движений разными пальцами (Roland P.E. et al., 1980). Во время представления или мысленного «проигрывания» последовательно совершаемых движений увеличение ЛМКТ наблюдалось в обеих дополнительных моторных областях (ДМО). Реальное выполнение этих движений также активировало ДМО. Однако при этом наблюдалось дополнительное увеличение кровотока в первичной моторной коре, контралатеральной по отношению к пальцам, участвующим в движении. Кроме того, активация возникала и в левой передней фронтальной коре.
Простое и повторяющееся движение (быстрое сгибание пальца) может выполняться без активации ДМО за счет функций контралатеральной моторной коры, показывающей рост активации. Полагают, что первичная моторная кора и та часть двигательной системы, на которую она проецируется, контролируют выполнение простых баллистических движений. Более сложные последо-
97
7-462
вательности двигательных реакций требуют операций программирования в ДМО, в которой также программируются двигательные навыки, временная последовательность двигательных команд перед тем, как произвольное (волевое) движение будет выполнено. Контралатеральная моторная кора не включена в процесс программирования. Она — исполнительная часть двигательной системы мозга. В ДМО перед выполнением произвольного движения параллельно росту кровотока генерируется медленная негатив-ность — ЭЭГ-показатель активации этих структур. По мере приближения к моменту реального выполнения движения билатеральная негативность в ДМО сменяется появлением медленной негативное™ в первичной моторной коре, контралатеральной по отношению к руке, выполняющей движение. Таким образом, динамика ЭЭГ-показателя активации согласуется с динамикой ЛМКТ — метаболическим выражением активации.
В процессе формирования навыка на разных этапах обучения наблюдаются различные паттерны ЛМКТ, что указывает на смену мозговых структур, вовлекаемых в процесс обучения. На начальном этапе выработки сложного навыка — определенной последовательности движений пальцев правой руки — ЛМКТ возрастает во многих структурах мозга. Он увеличивается в структурах, участвующих:
• в волевой двигательной активности, т.е. в премоторных областях, ДМО, в первичной моторной коре (в зоне проекции руки), базальных ядрах, вентральном латеральном таламусе, красном ядре и черной субстанции, мозжечке;
• в анализе соматосенсорной информации, поступающей по обратным связям от кожи, суставов, мышц и сухожилий руки, т.е. в проекционной и ассоциативной соматической коре, ДМО и др.;
• в генерации внутренней речи (обе нижние лобные извилины).
На последующих этапах формирования навыка зона активации в мозге сужается прежде всего за счет ее ослабления в ассоциативной соматосенсорной коре, в нижней лобной извилине. Испытуемые сообщали, что на этой стадии им не требовалось отсчитывать про себя число касаний пальцами стола. С выработкой навыка постепенно увеличивается кровоток в первичной моторной коре, что, по-видимому, связано с возрастанием скорости и точности движений. Эти изменения свидетельствуют, что в процессе обучения происходит переход к более дифференцированному и экономному с точки зрения выполнения задания паттерну активации.
П. Роланд и Л. Фрайберг (Roland P.E., Friberg L., 1985) пришли к выводу, что в процессе мышления мозг активируется не
98
менее, чем во время волевых движений или сенсорных процессов, даже если они требуют больших усилий. Авторы исследовали паттерны метаболической активности во время мыслительной деятельности (в отсутствие сенсорной стимуляции и двигательных реакций). Они измеряли ЛМКТ у человека нетомографическим методом во время выполнения им трех различных мыслительных заданий: 1) молча вычитать по 3 из 50; 2) думать о каждом втором слове из 9 звучащих слов; 3) представлять путь от входной двери в доме испытуемого, изменяя направление воображаемого движения слева направо при каждом втором повороте. Они установили, что при выполнении всех трех мыслительных задач повышение ЛМКТ всегда возникало за пределами моторной коры и первичных сенсорных областей. Когда испытуемые зрительно представляли свой путь движения, ЛМКТ усиливался во вторичных и третичных ассоциативных зрительных полях. Кроме того, увеличение ЛМКТ наблюдалось также в верхних затылочных, задних нижневисочных и задних верхнетеменных отделах коры, которые относятся к системе воспроизведения из памяти зрительной и пространственной информации. Активация этих же областей возникала, когда испытуемый осматривался в знакомой обстановке и когда должен был различать формы зрительно предъявляемых эллипсов. Во время мысленного выполнения арифметических действий метаболическая активация возникала билатерально в области ангулярной извилины, которую связывают с системой воспроизведения из памяти чисел и результатов вычитания (Roland P.E., Friberg L., 1985). Актуализация ассоциаций, связанных со звучащим словом, повышала ЛМКТ в правой сред-невисочной коре (в промежуточной слуховой ассоциативной области). Эта активация никогда не наблюдалась при выполнении двух других мыслительных задач. Попытка выявить паттерны активации, обеспечивающие выполнение когнитивных операций, направленных на взаимодействие с памятью, привела П. Роланда к следующему выводу. При извлечении из памяти образов (зрительных) используются те же области, что и при их восприятии, это главным образом вторичные и третичные ассоциативные зоны. При актуализации эпизодической памяти активируются нижние латеральные области височной коры, которые не реагируют при решении задач на семантическую память. Работа с семантической информацией специфически активировала левую нижнетеменную область, которая в задачах, требующих актуализации эпизодической памяти, была пассивной.
Глава 6 ПАМЯТЬ И НАУЧЕНИЕ
6.1. ВИДЫ ПАМЯТИ
6.1.1. Филогенетические уровни биологической памяти
Биологическая память— это фундаментальное свойство живой материи приобретать, сохранять и воспроизводить информацию.
Различают три вида биологической памяти, появление которых связано с разными этапами эволюционного процесса: генетическую, иммунологическую и нейрологическую (нервную) память. Чтобы жить, органическая система должна постоянно себя воспроизводить, иначе говоря, помнить свое строение и функции. Память о структурно-функциональной организации живой системы как представителя определенного биологического вида получила название генетической. Носителями генетической памяти являются нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК).
С генетической памятью тесно связана иммунологическая память. В эволюции она возникает позже генетической и проявляется в способности иммунной системы усиливать защитную реакцию организма на повторное проникновение в него генетически инородных тел (вирусов, бактерий и др.). Все чужеродные вещества, вторгшиеся в организм, независимо от их разновидности принято называть антигенами. Иммунные белки, способные разрушать чужеродные тела, получили название антител.
Иммунный ответ осуществляется двумя системами. Первая — система Т-лимфоцитов — обеспечивает клеточную защиту — разрушение чужеродных клеток с помощью специфических клонов лимфоцитов, т.е. являющихся потомками одной клетки-предшественника, посредством их прямого контакта с чужеродными телами. Центральным органом Т-системы является вилочковая железа (Т-тимус), которая вырабатывает различные популяции Т-лимфоцитов (Т-киллеры, Т-хелперы, Т-клеточные рецепторы и др., распознающие антигены). Вторая — система В-лимфоцитов, относящаяся к костному мозгу; она обеспечивает гуморальную защиту, продуцирует В-лимфоциты и их потомки — плазмоциты. Последние вырабатывают различные классы иммуноглобулинов в качестве антител, встроенных в их мембрану.
Обе системы обеспечивают распознавание и уничтожение генетически чужеродных тел или веществ. Т-лимфоциты-киллеры несут на своей мембране антителоподобные рецепторы, которые 100
специфически распознают антиген, находящийся на мембране чужеродных клеток, и обеспечивают прикрепление киллера к клетке-мишени. После ее прикрепления киллеры выделяют в просвет между киллером и мишенью особый белок, «продырявливающий» мембрану клетки-мишени. В результате чужеродная клетка погибает. После этого они открепляются от мишени и переходят на другую клетку, и так несколько раз. Механизм действия В-лимфоцитов иной. Сами их антитела безвредны для клеток, несущих антиген. Они не обладают физиологической активностью, ведущей к разрушению антигена. При встрече с антигенами к антителам подключается специальный механизм (система комплемента), который активирует комплекс антиген—антитело. В результате резко усиливается эффект действия антител и комплекс антиген—антитело приобретает способность «продырявливать» клеточную мембрану, вызывать воспаление и тем самым убивать чужеродные клетки.
Важную функцию выполняют Т-хелперы (помощники). Лимфоциты-помощники сами не способны ни вырабатывать антитела, как это делают В-лимфоциты, ни убивать клетки-мишени, как Т-лимфоциты-киллеры. Но распознавая чужеродный антиген, они реагируют на него выработкой ростовых и дифференцировочных факторов, которые необходимы для размножения и созревания лимфоцитов, образующих антитела, и лимфоцитов-киллеров. Синдром приобретенного иммунодефицита — СПИД — вызывается вирусом, который поражает именно лимфоциты-помощники, что делает иммунную систему не способной ни к выработке антител, ни к образованию киллеров.
Согласно клонально-селекционной теории иммунитета австралийского исследователя — лауреата Нобелевской премии Ф.М. Беркета, сформулированной им в 1957 г., которая позже получила полное экспериментальное подтверждение, активированный антигеном лимфоцит вступает в процесс деления и диффе-ренцировки и образует клетки, секретирующие антитела. В результате из одной клетки возникает 500—1000 генетически идентичных клеток (клон), синтезирующих один и тот же тип антител, способных специфически распознавать антиген и соединяться с ним. Клоны лимфоцитов-потомков состоят не только из эффекторных клеток — плазматических клеток, секретирующих антитела, но и из многочисленных клеток памяти. Последние при повторяющемся воздействии тем же антигеном способны превращаться в клетки-потомки обоих типов: эффекторные и клетки памяти. Продолжительность жизни эффекторных клеток измеряется днями, а клетки памяти в популяции лимфоцитов могут сохраняться
101
десятилетиями. При повторной встрече с тем же антигеном распознающие его клетки памяти начинают быстрее и в большем количестве создавать эффекторные клетки, продуцирующие специфические антитела. Параллельно увеличивается производство и эффекторных Т-клеток (киллеров).
Таким образом, за время онтогенеза популяция лимфоцитов эволюционирует, создавая у взрослого организма индивидуальный иммунный набор/'В этом и проявляется иммунологическая память, которая, используя механизмы генетической памяти, обеспечивает более гибкое приспособление организма к микроразнообразию внешней среды (Вартанян Г.А., Лохов М.И., 1987).
Неврологическая, или нервная, память появляется у животных, обладающих нервной системой. Ее можно определить как совокупность сложных процессов, обеспечивающих формирование адаптивного поведения организма (субъекта). Неврологическая память использует не только собственные специфические механизмы, обеспечивающие индивидуальную адаптацию организма, но и механизмы более древней генетической памяти, способствующей выживанию бирлогического вида. Поэтому в неврологической памяти выделяют' генотипическую, или врожденную, память. Именно она у высших животных обеспечивает становление безусловных рефлексов, им-принтинга, различных форм врожденного поведения (инстинктов), играющих роль в приспособлении и выживаемости вида.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59