Эми Натт - Мозг подростка. Спасительные рекомендации нейробиолога для родителей тинейджеров

Чтобы эти нервные связи образовались, обе стороны синапса должны быть «включены», то есть находиться в состоянии возбуждения. Когда интенсивность возбуждающего сигнала превышает определенный уровень, то принимающий нейрон активируется и начинается молекулярный процесс, называемый долговременной потенциацией , с помощью которого укрепляются синапсы и нейронные связи.

РИСУНОК 10. Долговременая потенциация (ДП) – это широко используемая модель «практического эффекта» обучения и памяти.A. Гиппокамп внутри височной доли. B. Активность клеток мозга, зафиксированная в гиппокампальных срезах, взятых у грызунов, показывает изменения в клеточных сигналах после стимуляции. C. Эксперименты с ДП обычно фиксируют повторяющиеся небольшие реакции на стимулы до тех пор, пока не будет дана серия стимулирующих импульсов (это похоже на «практический эффект»). После чего реакции нейронов на первоначальные стимулы усиливаются, как будто они были «запомнены».

Процесс долговременной потенциации, или ДП, это сложный каскад событий, задействующий молекулы, белки и ферменты, который начинается и заканчивается в синапсах.

ДП начинается с главного возбуждающего нейромедиатора, глутаминовой кислоты, которая выделяется на терминал аксона одного нейрона, через синапс, к рецептору на дендрите принимающего нейрона. Глутаминовая кислота напрямую участвует в строительстве более сильных синапсов. Как она это делает? Глутаминовая кислота действует в качестве катализатора и запускает цепную реакцию, которая создает большие по размеру и более сильные синапсы, или связи, в проводящих путях мозга.

Когда глутаминовая кислота активирует рецептор, она заставляет ионы кальция перемещаться вокруг синапса. Кальций, в свою очередь, активирует множество ферментов и молекул и взаимодействует с определенными белками, чтобы изменить их форму и поведение. И это может изменить структуру синапса и нейрона, чтобы сделать их более или менее активными. Кальций может изменить существующие белки очень быстро, от нескольких секунд до нескольких часов, и он также может активировать гены, чтобы создать новые белки – этот процесс занимает от нескольких часов до нескольких дней.

РИСУНОК 11. Новые рецепторы добавляются в синапсы в процессе обучения и запоминания, а также ДП:сигналы аксонов, которые изначально вызывали малый отклик, вызывают больший отклик в нейронах после ДП благодаря развитию более крупного синапса.

Конечным результатом является синапс, более сильный и крупный по размеру, и это ведет к большей силе реакции в активированной клетке.

В экспериментах эту усиленную реакцию можно измерить как более мощный электрический сигнал. По сравнению с реакцией до «тренировки» и последующим построением сильного синапса, реакция в клетке после этой потенциации гораздо мощнее. На самом деле, если вы изучаете все это, вы создаете новые синапсы, когда читаете данные строки. Всего через несколько минут после того, как вы узнаете что-то новое, ваши синапсы начинают расти сильнее. Через несколько часов они становятся более сильными и крупными.

Джон Эклс, который получил Нобелевскую премию за свои ранние работы по изучению синапсов, удивился, насколько много стимуляции нужно, чтобы произвести изменения синапса:

«В попытке объяснить феномены обучения самым малоубедительным является то, что длительные периоды избыточного использования или неиспользования необходимы, чтобы произвести явные синаптические изменения».

Эклсу не удалось понять, что повторы, которые он отмечал с такой безнадежностью, – эти «длительные периоды избыточного использования» – представляли собой работу мозга, его научение и приобретение им знаний. После повторной стимуляции клетки мозга будут реагировать гораздо сильнее на раздражитель, чем первоначально. Следовательно, нейронная цепь «учится». И чем больше укоренены знания, тем легче вспомнить их и использовать.

Когда лыжники участвуют в слаломе, самый быстрый маршрут вниз становится отчетливым. Возникают колеи. К тому времени, когда последние спортсмены стартуют, маршрут так глубоко отпечатывается в снегу, что они не могут выехать из него, да им и не хочется это делать. Глубоко отпечатанный след направляет их вниз по пути, который им не нужно искать.