Gedächtnis: neurochemische Mechanismen des Gedächtnisses

Obwohl die molekularen Mechanismen des Funktionierens einer einzelnen Nervenzelle in vielen ihrer Erscheinungsformen untersucht wurden und die Prinzipien der Organisation von Interneuronalverbindungen formuliert wurden, ist es noch unklar, wie die molekularen Eigenschaften von Neuronen Speicherung, Reproduktion und Analyse von Informationsgedächtnis bereitstellen.

Die Tatsache, dass das erworbene Wissen (wie auch moralische Prinzipien) wird nicht vererbt, und die neuen Generationen haben sie wieder zu lernen, läßt vermuten, dass das Lernen ist ein Prozess, neue Euron-Kommunikation zu schaffen und die Speicherung von Informationen durch die Fähigkeit des Gehirns zur Verfügung gestellt diese Links als notwendig zu reproduzieren (aktivieren sie). Die moderne Neurochemie ist jedoch noch nicht in der Lage, eine konsistente Theorie zu liefern, die beschreibt, wie die Analyse der Faktoren der äußeren Welt im lebenden Gehirn abläuft. Man kann nur die Probleme skizzieren, mit denen Wissenschaftler aus verschiedenen Bereichen der Neurobiologie intensiv arbeiten.

Fast alle Arten von Tieren sind in der Lage, Veränderungen in der äußeren Umgebung mehr oder weniger zu analysieren und adäquat darauf zu reagieren. In diesem Fall ist die wiederholte Reaktion des Körpers auf externe Effekte oft anders als bei der ersten Kollision. Diese Beobachtung zeigt, dass lebende Systeme lernfähig sind. Sie haben ein Gedächtnis, das die persönliche Erfahrung des Tieres bewahrt, die Verhaltensreaktionen hervorruft und von der Erfahrung anderer Individuen abweichen kann.

Das biologische Gedächtnis ist vielfältig. Es ist nicht nur in Gehirnzellen inhärent. Das Gedächtnis des Immunsystems zum Beispiel speichert für lange Zeit (oft für das Leben) Informationen über das Fremdkörper-Antigen im Körper. Wenn Sie sich wiederfinden, löst das Immunsystem eine Antikörperreaktion aus, mit der Sie die Infektion schnell und wirksam bekämpfen können. Das Immunsystem "weiß" jedoch, wie es auf einen bekannten Faktor reagieren soll, und wenn es einem unbekannten Agenten begegnet, muss es eine Verhaltensstrategie neu entwickeln. Das Nervensystem kann, anders als das Immunsystem, trainiert werden, um eine Verhaltensstrategie unter neuen Umständen zu entwickeln, basierend auf der "Lebenserfahrung", die es ermöglicht, eine effektive Reaktion auf einen unbekannten Stimulus zu entwickeln.

Die Hauptfragen, die bei der Untersuchung der molekularen Mechanismen des Gedächtnisses beantwortet werden müssen, sind: Welche metabolischen Veränderungen treten in Neuronen auf, wenn sie auf einen äußeren Reiz treffen, der es ermöglicht, die gespeicherte Information für eine bestimmte (manchmal lange) Zeit zu erhalten; in welcher Form die empfangene Information gespeichert wird; Wie wird es analysiert?

Im Prozess des aktiven Lernens, das in einem frühen Alter auftritt, gibt es Veränderungen in der Struktur von Neuronen, die Dichte von synaptischen Kontakten erhöht sich, das Verhältnis von Glia- und Nervenzellen nimmt zu. Es ist schwierig, den Prozess der Reifung des Gehirns und strukturelle Veränderungen, die molekulare Träger des Gedächtnisses sind, zu unterscheiden. Es ist jedoch klar, dass für die volle Entwicklung der Intelligenz es notwendig ist, die Aufgaben zu lösen, die von der äußeren Umgebung gestellt werden (erinnern an das Phänomen von Mowgli oder die Probleme der Anpassung an das Leben in der Natur von in Gefangenschaft gezüchteten Tieren).

Im letzten Viertel des XX. Jahrhunderts. Es wurde versucht, die morphologischen Merkmale des Gehirns von A. Einstein im Detail zu untersuchen. Das Ergebnis war jedoch eher enttäuschend - keine Merkmale, die es vom durchschnittlichen modernen Gehirn unterscheiden, wurden aufgedeckt. Die einzige Ausnahme war ein bestimmter (unbedeutender) Überschuss des Verhältnisses von Glia- und Nervenzellen. Bedeutet das, dass die molekularen Prozesse des Gedächtnisses in den Nervenzellen keine sichtbaren Spuren hinterlassen?

Auf der anderen Seite ist seit langem bekannt, dass DNA-Synthesehemmer das Gedächtnis nicht beeinflussen, während Inhibitoren der Transkription und Translation Gedächtnisprozesse beeinträchtigen. Bedeutet dies, dass bestimmte Proteine in Gehirnneuronen Speicherträger sind?

Die Organisation des Gehirns ist derart, dass die Hauptfunktionen, die mit der Wahrnehmung von externen Signalen und Reaktionen auf sie (z. B. Mit motorischer Reaktion) verbunden sind, in bestimmten Teilen der Großhirnrinde lokalisiert sind. Dann sollte die Entwicklung der erworbenen Reaktionen (bedingte Reflexe) eine "Schließung der Bindungen" zwischen den entsprechenden Zentren des Kortex sein. Die experimentelle Schädigung dieses Zentrums muss die Erinnerung an diesen Reflex zerstören.

Die experimentelle Neurophysiologie hat jedoch viele Beweise dafür geliefert, dass das Gedächtnis der erworbenen Fähigkeiten auf verschiedene Teile des Gehirns verteilt ist und nicht nur auf den Bereich konzentriert ist, der für die betreffende Funktion verantwortlich ist. Experimente mit teilweiser Kortexstörung bei Ratten, die sich im Labyrinth orientierten, zeigten, dass die Zeit, die zur Wiederherstellung der gestörten Fähigkeit benötigt wird, proportional zum Zerstörungsvolumen ist und nicht von ihrer Lokalisierung abhängt.

Wahrscheinlich beinhaltet die Entwicklung des Verhaltens im Labyrinth die Analyse einer ganzen Reihe von Faktoren (Geruchs-, Geschmacks- und Sehfaktoren), und die Gehirnregionen, die für diese Analyse verantwortlich sind, können sich in verschiedenen Bereichen des Gehirns befinden. Obwohl also für jede Komponente der Verhaltensreaktion ein bestimmter Teil des Gehirns vorhanden ist, wird die allgemeine Reaktion realisiert, wenn sie interagieren. Dennoch wurden im Gehirn Abteilungen gefunden, deren Funktion in direktem Zusammenhang mit Gedächtnisprozessen steht. Es ist ein Hippocampus und ein Amygdaloid-Komplex, sowie Kerne der Mittellinie des Thalamus.

Eine Reihe von Veränderungen im ZNS, verbunden mit der Fixierung von Informationen (Bild, Art des Verhaltens, etc.), Neurowissenschaftler werden Engramm genannt. Moderne Ideen über die molekularen Mechanismen des Gedächtnisses legen nahe, dass die Einbeziehung einzelner Gehirnstrukturen in den Prozess des Speicherns und Speicherns von Informationen nicht darin besteht, spezifische Engramme zu speichern, sondern die Schaffung und Funktionsweise von neuronalen Netzwerken, die Informationen erfassen, aufzeichnen und reproduzieren.

Im Allgemeinen wird in der Studie von Verhalten Reflexen und die elektrischen Aktivität des Gehirns erhobene Daten zeigen, dass Verhaltens- und emotionale Lebensäußerungen sind nicht in einer bestimmten Gruppe von Neuronen im Gehirn lokalisiert und werden bei der Veränderung der Wechselwirkungen einer großen Anzahl von Nervenzellen exprimiert, die das Funktionieren des gesamten Gehirns als reflektieren eines integrierten Systems.

Um den Ablauf des Erinnerns neuer Informationen im Zeitverlauf zu beschreiben, werden häufig die Begriffe Kurzzeitgedächtnis und Langzeitgedächtnis verwendet. Im Kurzzeitgedächtnis kann Information von Bruchteilen einer Sekunde bis zu Dutzenden von Minuten gespeichert werden, während im Langzeitgedächtnis Information manchmal während des gesamten Lebens enthalten ist. Um den ersten Typ von Speicher in einen zweiten umzuwandeln, wird ein sogenannter Konsolidierungsprozess benötigt. Manchmal ist es einer separaten Zwischenspeicherstufe zugeordnet. Alle diese Begriffe, die wahrscheinlich die offensichtlichen Prozesse widerspiegeln, sind jedoch noch nicht mit echten biochemischen Daten gefüllt.

Arten der Erinnerung und ihre Modulation (von: Ashmarin, 1999)

Arten von Speicher	Inhibitoren, Effekte
Kurzzeitgedächtnis	Elektroschock, Cholinolytika (Atropin, Scopolamin), Galanin, US1 (Einführung in bestimmte Teile des Gehirns)
Zwischenspeicher (Konsolidierung)	Inhibitoren des Energiestoffwechsels, Ouabain, Hypoxie, Inhibitoren der Synthese von RNA und Proteinen (Anisomycin, Cycloheximid, Puromycin, Actinomycin D, RNase), Antikörper gegen Proteine neuro (Vasopressin, Protein B-100), 2-Amino-5-fosfornovalerianovaya Säure (6- AGC)
Langfristige (lebenslange) Erinnerung	Inhibitoren, die sie irreversibel verletzen, sind nicht bekannt. Teilweise durch Atropin inhibiert, Diisopropylfluorphosphat, Scopolamin

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Kurzzeitgedächtnis

Das Kurzzeitgedächtnis, das Informationen aus verschiedenen Sinnesorganen analysiert und verarbeitet, wird unter Beteiligung synaptischer Kontakte realisiert. Dies scheint naheliegend, da die Zeit, in der diese Prozesse ausgeführt werden, nicht mit der Zeit der Synthese neuer Makromoleküle vergleichbar ist. Dies wird durch die Fähigkeit, das Kurzzeitgedächtnis durch synaptische Inhibitoren zu inhibieren, und seine Unempfindlichkeit gegenüber Protein- und RNA-Syntheseinhibitoren bestätigt.

Der Prozess der Konsolidierung dauert länger und passt nicht in ein genau definiertes Intervall (von einigen Minuten bis zu mehreren Tagen). Wahrscheinlich wird die Dauer dieser Periode sowohl von der Qualität der Information als auch vom Zustand des Gehirns beeinflusst. Informationen, die das Gehirn für unwesentlich hält, werden nicht konsolidiert und verschwinden aus dem Gedächtnis. Es bleibt ein Rätsel, wie die Frage nach dem Wert von Information entschieden wird und was die wirklichen neurochemischen Mechanismen des Konsolidierungsprozesses sind. Die Dauer des Konsolidierungsprozesses erlaubt uns zu berücksichtigen, dass es sich um einen konstanten Zustand des Gehirns handelt, der kontinuierlich den "Denkprozess" ausführt. Die unterschiedliche Art der Information, die in das Gehirn für die Analyse eintritt, und die große Bandbreite verschiedener inhibitorischer Mechanismen des Konsolidierungsprozesses legen nahe, dass in diesem Stadium eine Vielzahl von neurochemischen Mechanismen in die Wechselwirkung involviert sind.

Die Verwendung von Verbindungen, die in der Tabelle als Inhibitoren des Konsolidierungsprozesses angegeben sind, verursacht Amnesie (Verlust des Gedächtnisses) bei den Versuchstieren - die Unfähigkeit, die entwickelte Verhaltensfähigkeit zu reproduzieren oder die für die Verwendung erhaltene Information zu präsentieren.

Interessanterweise manifestieren sich einige Inhibitoren nach der Präsentation von gespeicherten Informationen (retrograde Amnesie) und andere - wenn sie in der vorhergehenden Periode angewendet wurden (anterograde Amnesie). Weithin bekannte Versuche, Hühnern beizubringen, Getreide von ungenießbaren, aber in der Größe ähnlichen Objekten zu unterscheiden. Einführung in das Gehirn der Hühner-Inhibitor-Proteinsynthese von Cycloheximid stört den Lernprozess nicht, sondern verhindert vollständig die Fixierung der Fähigkeit. Im Gegensatz dazu hemmte die Verabreichung von Inhibitoren der Na-Pumpe (Na / K-ATPase) von Ouabain den Lernprozess vollständig, ohne die bereits gebildeten Fähigkeiten zu beeinflussen. Dies bedeutet, dass die N-Pumpe an der Bildung von Kurzzeitgedächtnis beteiligt ist, aber nicht an den Konsolidierungsprozessen teilnimmt. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse von Experimenten mit Cycloheximid, dass die Synthese neuer Proteinmoleküle für die Durchführung von Konsolidierungsprozessen notwendig ist, aber nicht für die Bildung von Kurzzeitgedächtnis benötigt wird.

Konsequenterweise umfasst das Training während der Bildung des Kurzzeitgedächtnisses die Aktivierung bestimmter Neuronen und die Konsolidierung - die Schaffung von Langzeit-Interneuronalnetzwerken, um die Interaktion zu festigen, in der die Synthese spezieller Proteine notwendig ist. Es ist nicht zu erwarten, dass diese Proteine Träger spezifischer Informationen sein werden, ihre Bildung könnte "nur" ein Anreiz für die Aktivierung von neuronalen Verbindungen sein. Wie die Konsolidierung zur Bildung eines Langzeitgedächtnisses führt, das nicht gestört werden kann, aber bei Bedarf reproduziert werden kann, bleibt unklar.

Gleichzeitig ist es klar, dass die Schaffung einer starken Fähigkeit die Fähigkeit der Neuronenpopulation ist, ein Netzwerk zu bilden, in dem die Signalübertragung am wahrscheinlichsten ist, und diese Fähigkeit des Gehirns kann für eine lange Zeit bestehen bleiben. Das Vorhandensein eines solchen Interneuronalnetzwerks verhindert nicht, dass Neuronen in ähnliche andere Netzwerke eingebunden werden. Daher ist es klar, dass die analytischen Fähigkeiten des Gehirns sehr groß sind, wenn nicht unbegrenzt. Es ist auch klar, dass die Verwirklichung dieser Fähigkeiten von der Intensität des Trainings abhängt, besonders während der Reifung des Gehirns in der Ontogenese. Mit zunehmendem Alter sinkt die Lernfähigkeit.

Lernen ist eng mit der Fähigkeit zur Plastizität verbunden - der Fähigkeit von synaptischen Kontakten zu funktionalen Veränderungen, die im Prozess des Funktionierens auftreten, die auf die Synchronisation von neuronaler Aktivität und die Schaffung von inter-neuralen Netzwerken abzielen. Die Manifestation der Plastizität wird von der Synthese spezifischer Proteine begleitet, die bekannte (z. B. Rezeptor) oder unbekannte Funktionen ausführen. Eines der Mitglieder dieses Programms ist ein Protein S-100 detektierbar im Gehirn zu Annexin Zusammenhang und insbesondere in großen Mengen (es hat seinen Namen von der Fähigkeit, bei 100 Prozent Sättigung von Ammoniumsulfat bei neutralem pH löslich zu bleiben). Sein Inhalt im Gehirn ist mehrere Größenordnungen größer als in anderen Geweben. Es akkumuliert hauptsächlich in Gliazellen und findet sich in der Nähe von synaptischen Kontakten. Der Proteingehalt von S-100 im Gehirn beginnt 1 Stunde nach dem Training anzusteigen und erreicht ein Maximum in 3-6 Stunden und bleibt für mehrere Tage auf einem hohen Niveau. Die Einführung von Antikörpern gegen dieses Protein in den Ventrikeln des Rattenhirns stört die Lernfähigkeit von Tieren. All dies erlaubt uns, das Protein S-100 als einen Teilnehmer bei der Erzeugung von inter-neuralen Netzwerken zu betrachten.

Molekulare Mechanismen der Plastizität des Nervensystems

Die Plastizität des Nervensystems ist definiert als die Fähigkeit von Neuronen, Signale von der äußeren Umgebung wahrzunehmen, die den harten Determinismus des Genoms verändern. Plastizität bedeutet die Möglichkeit, das Funktionsprogramm für die Interaktion von Neuronen als Reaktion auf Veränderungen in der äußeren Umgebung zu verändern.

Molekulare Mechanismen der Plastizität sind vielfältig. Betrachten wir die wichtigsten am Beispiel des glutamatergen Systems. An der glutamatergen Synapse finden sich gleichzeitig verschiedene ionotrope und metabotrope Rezeptoren. Die Freisetzung von Glutamat in den synaptischen Spalt während der Erregung führt zur Aktivierung von Kainat- und AMPA-aktivierten ionotropen Rezeptoren, die eine Depolarisation der postsynaptischen Membran verursachen. Mit der Größe des Transmembranpotentials, das dem Ruhepotential entspricht, werden NMDA-Rezeptoren nicht durch Glutamat aktiviert, da ihre Ionenkanäle blockiert sind. Aus diesem Grund haben NMDA-Rezeptoren keine Chance auf sofortige Aktivierung. Wenn jedoch die synaptische Membran beginnt, zu depolarisieren, werden Magnesiumionen von der Bindungsstelle entfernt, was die Affinität des Rezeptors für Glutamat stark erhöht.

Rezeptor aktivierenden YNMDA an den NMDA-Rezeptor-Molekül gehören, den Calciumeintritt in die Zone über postsynaptischen Ionenkanal verursachen. Calciumaufnahme ist ebenfalls spannungsempfindliche Calciumkanäle beobachtet werden aufgrund der durch den Betrieb von Kainat und AMPA Glutamat-Rezeptoren aktiviert. Als Folge der Aggregation dieser Prozesse in der postsynaptischen Zone erhöht sich der Gehalt an Calciumionen. Dieses Signal ist zu schwach, um die Aktivität zahlreicher Enzyme zu ändern, den Calcium-Ionen empfindlich sind, aber signifikant genug Phospholipase C-Membran zu aktivieren, wobei das Substrat ein Phosphoinositol ist, und bewirkt, dass die Akkumulation von Inositolphosphaten und Inositol-3-Aktivierung-fosfatzavisimogo Calcium-Freisetzung aus dem endoplasmatischen Retikulum.

Somit verursacht die Aktivierung von ionotropen Rezeptoren nicht nur eine Depolarisation der Membran in der postsynaptischen Zone, sondern schafft auch Bedingungen für eine signifikante Zunahme der Konzentration von ionisiertem Calcium. In der Zwischenzeit aktiviert Glutamat im synaptischen Bereich und metabotropen Rezeptoren. Als ein Ergebnis wird es möglich, die entsprechenden G-Proteine zu aktivieren, die an verschiedene Effektorsysteme "angehängt" sind. Kinasen, die verschiedene Targets phosphorylieren, einschließlich ionotrope Rezeptoren, können aktiviert werden, was die Aktivität der Kanalstrukturen dieser Formationen verändert.

Darüber hinaus befinden sich Glutamat-Rezeptoren auch auf der präsynaptischen Membran, die auch eine Chance haben, mit Glutamat zu interagieren. Metabotrope Rezeptoren dieser Synapsenregion sind mit der Aktivierung des Glutamatentfernungssystems aus dem synaptischen Spalt verbunden, der nach dem Prinzip der Glutamatwiederaufnahme arbeitet. Dieser Vorgang hängt von der Aktivität der N-Pumpe ab, da es sich um einen sekundären aktiven Transport handelt.

Die Aktivierung der NMDA-Rezeptoren, die auf der präsynaptischen Membran vorhanden sind, verursacht auch eine Erhöhung des Gehalts an ionisiertem Kalzium in der präsynaptischen Region der synaptischen Terminierung. Die Ansammlung von Calciumionen synchronisiert die Fusion von synaptischen Vesikeln mit der Membran und beschleunigt die Freisetzung des Mediators in den synaptischen Spalt.

Wenn Synapse kommt Serie Anregungsimpuls und die Gesamtkonzentration an freien Calciumionen ständig erhöht wird, die Aktivierung von Calcium abhängigen Proteasen Calpain beobachtet werden kann, spaltet eine der Strukturprotein Glutamatrezeptoren Fodrin Maskieren und ihre Wechselwirkung mit Glutamat zu verhindern. Damit die Freisetzung des Neurotransmitters in den synaptischen Spalt bei Anregung eine Vielzahl von Möglichkeiten bietet, deren Umsetzung in Verstärkung oder Hemmung eines Signals oder einem Culling führen: Synapse arbeitet nach dem Prinzip der multivariaten und zu jedem Zeitpunkt Pfad implementiert wird, hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab.

Zu diesen Möglichkeiten gehört die Selbstabstimmung der Synapse für die beste Signalübertragung, die sich als verstärkt erwies. Dieser Prozess wird Langzeitpotenzierung (LTP) genannt. Es besteht darin, dass sich bei länger andauernder Hochfrequenzstimulation die Antworten der Nervenzelle auf ankommende Impulse verstärken. Dieses Phänomen ist eine der Seiten der Plastizität, die auf dem molekularen Gedächtnis der neuronalen Zelle beruht. Die Dauer der Langzeitpotenzierung ist begleitet von einer erhöhten Phosphorylierung bestimmter neuronaler Proteine durch spezifische Proteinkinasen. Eines der Ergebnisse der Erhöhung der Menge an Calciumionen in der Zelle ist die Aktivierung von Ca-abhängigen Enzymen (Calpain, Phospholipasen, Ca-Calmodulin-abhängigen Proteinkinasen). Einige dieser Enzyme sind mit der Bildung aktiver Formen von Sauerstoff und Stickstoff (NADPH-Oxidase, NO-Synthase usw.) verbunden. Dadurch kann im aktivierten Neuron eine Akkumulation von freien Radikalen registriert werden, die als sekundäre Mediatoren der Stoffwechselregulation angesehen werden.

Ein wichtiges, aber nicht das einzige Ergebnis der Akkumulation von freien Radikalen in einer neuronalen Zelle ist die Aktivierung der sogenannten frühen Antwortgene. Dieser Prozess ist die früheste und schnellste transiente Reaktion des Zellkerns auf das Signal der freien Radikale, die Aktivierung dieser Gene erfolgt in 5-10 Minuten und dauert mehrere Stunden. Diese Gene umfassen die Gruppen c-fos, c-jun, c-junB, zif / 268, etc. Sie kodieren für mehrere umfangreiche Familien spezifischer Transkriptionsproteine.

Die Aktivierung von Genen der unmittelbaren Reaktion erfolgt unter Beteiligung des nuklearen Faktors NF-kV, der zur Verwirklichung seiner Wirkung durch die Kernmembran in den Kern eindringen muss. Seine Penetration wird dadurch erschwert, dass dieser Faktor, der ein Dimer zweier Proteine ist (p50 und p65), im Komplex mit dem Protein-Inhibitor im Zytoplasma liegt und nicht in den Zellkern eindringen kann. Das inhibitorische Protein ist ein Substrat für die Phosphorylierung durch eine spezifische Proteinkinase und dissoziiert dann von dem Komplex, was den Weg für den NF-KB B-Nukleus frei macht. Der aktivierende Co-Faktor der Proteinkinase ist Wasserstoffperoxid, so dass die die Zelle einfangende Welle freier Radikale eine Anzahl der oben beschriebenen Prozesse verursacht, was zur Aktivierung von frühen Antwortgenen führt. Die Aktivierung von c-fos kann auch die Synthese von Neurotrophinen und die Bildung von Neuriten und neuen Synapsen verursachen. Langfristige Potenzierung durch Hochfrequenzstimulation des Hippocampus führt zur Aktivierung von ZIF / 268, das für das Zn-sensitive DNA-bindende Protein kodiert. NMDA-Rezeptor-Antagonisten blockieren die Langzeitpotenzierung und die Aktiven von Zif / 268.

Einer der ersten, der 1949 versuchte, den Mechanismus der Informationsanalyse im Gehirn zu verstehen und eine Verhaltensstrategie zu entwickeln, war SO Hebb. Er schlug vor, dass, um diese Aufgaben zu erfüllen, die funktionelle Assoziation von Neuronen - das lokale Interneuronalnetzwerk - im Gehirn gebildet werden sollte. Verfeinert und vertieft wurden diese Darstellungen von M. Rozenblat (1961), der die Hypothese "Unüberwachtes Korrelationsbasislernen" formulierte. Nach den von ihm entwickelten Ideen können im Fall der Erzeugung einer Reihe von Entladungen Neuronen durch die Assoziation bestimmter (oft morphologisch voneinander entfernter) Zellen durch Selbstabstimmung synchronisiert werden.

Die moderne Neurochemie bestätigt die Möglichkeit einer solchen Selbstabstimmung von Neuronen bei einer gemeinsamen Frequenz, wodurch die funktionelle Bedeutung der Reihe von erregenden "Entladungen" zur Erzeugung von interneuralen Schaltkreisen erklärt wird. Unter Verwendung den Glutamat-Analogon mit einer fluoreszierenden Markierung und ausgerüstet mit moderner Technik, war es möglich zu zeigen, dass, selbst wenn eine Synapse Anregungs Pacing synaptischen Struktur ziemlich weit entfernte erstrecken kann aufgrund der Bildung von sogenannten Glutamat Welle. Voraussetzung für die Bildung einer solchen Welle ist die Frequenz der Signale in einem bestimmten Frequenzbereich. Die Hemmung des Glutamattransporters erhöht die Beteiligung von Neuronen im Synchronisationsprozess.

Neben dem glutamatergen System, das in direktem Zusammenhang mit den Lern- (Gedächtnis-) Prozessen steht, nehmen auch andere Hirnsysteme an der Gedächtnisbildung teil. Es ist bekannt, dass die Lernfähigkeit eine positive Korrelation mit der Aktivität von Cholinacetyltransferase und eine negative mit einem Enzym zeigt, das diesen Mediator mit Acetylcholinesterase hydrolysiert. Cholinacetyltransferasehemmer stören den Lernprozess und Cholinesterasehemmer tragen zur Entwicklung von Abwehrreflexen bei.

Bei der Gedächtnisbildung spielen auch biogene Amine, Noradrenalin und Serotonin eine Rolle. Wenn konditionierten Reflex mit einer negativen (elektrobolevym) Entwicklung Verstärkung ist eine Aktivierung des noradrenergen Systems, und wenn positiven (Nahrung) Verstärkungs Noradrenalin Stoffwechselrate nimmt ab. Serotonin hingegen fördert die Entwicklung von Fähigkeiten unter Bedingungen positiver Verstärkung und wirkt sich nachteilig auf die Bildung einer Abwehrreaktion aus. So ist in dem Prozess der Gedächtniskonsolidierung serotonergic und Noradrenalin-Systeme eine Art von Antagonisten und durch eine übermäßige Ansammlung von Serotonin verursachte Störungen, offenbar, durch Aktivierung des noradrenergen Systems kompensiert werden.

Die Beteiligung von Dopamin an der Regulation von Gedächtnisprozessen ist multifaktoriell. Auf der einen Seite wurde gezeigt, dass es die Entwicklung von bedingten Reflexen mit negativer Verstärkung stimulieren kann. Auf der anderen Seite verringert es die Phosphorylierung von neuronalen Proteinen (z. B. B-50-Protein) und induziert Phosphoinositol-Austausch. Es kann angenommen werden, dass das dopaminerge System an der Gedächtniskonsolidierung teilnimmt.

Neuropeptide, die während der Erregung in der Synapse freigesetzt werden, sind ebenfalls an Gedächtnisbildungsprozessen beteiligt. Vasoaktives intestinales Peptid erhöht die Affinität des nikotinischen Acetylcholinrezeptors an den Mediator in einigen tausend Male, die mit dem cholinergen System Funktionsweise beiträgt. Vasopressin Hormon aus der Hypophyse freigesetzt posterior, die in den supraopticus Kernen des Hypothalamus synthetisiert wird, wird axonalen Strom an die Hinterlappen des Hypophyse überführt, wo es in synaptischen Vesikeln gespeichert ist, und in das Blut freigesetzt daraus. Dieses Hormon, sowie das adrenocorticotrope Hormon der Hypophyse (ACTH), funktionieren im Gehirn ständig als Regulatoren von Gedächtnisprozessen. Es sollte betont werden, dass dieser Effekt sich von ihrer hormonellen Aktivität unterscheidet - Fragmente dieser Verbindungen, denen diese Aktivität fehlt, haben den gleichen Effekt auf den Lernprozess wie ganze Moleküle.

Nichtpeptidische Gedächtnisstimulatoren sind fast unbekannt. Die Ausnahme ist Orotat und ist in der Klinik Piracetam weit verbreitet. Letzteres ist ein chemisches Analogon von Gamma-Aminobuttersäure und gehört zur Gruppe der sogenannten nootropischen Medikamente, deren Wirkung unter anderem die Steigerung der Hirndurchblutung ist.

Mit der Untersuchung der Rolle von Orotaten in den Mechanismen der Gedächtnisfixierung ist Intrigen mit den Köpfen der Neurochemiker in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts verbunden. Die Geschichte begann mit den Experimenten von J. McConnell zur Ausarbeitung planarer unlogischer Reflexe für Licht in primitiven Plattwürmern. Nachdem er einen stabilen Reflex geschaffen hatte, schnitt er den Planarius in zwei Teile und prüfte die Lernfähigkeit desselben Reflexes bei Tieren, die sich aus beiden Hälften regenerierten. Überraschung war, dass nicht nur die aus dem Kopfteil gewonnenen Individuen eine erhöhte Lernfähigkeit hatten, sondern diejenigen, die aus dem Schwanz regeneriert wurden, wurden viel schneller trainiert als die Kontrollpersonen. Um beides zu trainieren, war dreimal weniger Zeit erforderlich als für Individuen, die von Kontrolltieren regeneriert wurden. McConnell kam zu dem Schluss, dass die erworbene Reaktion durch eine Substanz kodiert wird, die sich sowohl im Kopf- als auch im Schwanzbereich des planaren Körpers ansammelt.

Die Reproduktion der Ergebnisse von McConnell auf andere Objekte stieß auf eine Reihe von Schwierigkeiten, wodurch der Wissenschaftler zum Scharlatan erklärt wurde und seine Artikel in allen wissenschaftlichen Zeitschriften nicht mehr zur Veröffentlichung akzeptiert wurden. Der wütende Autor gründete seine eigene Zeitschrift, in der er nicht nur die Ergebnisse der nachfolgenden Experimente veröffentlichte, sondern auch Cartoons über seine Rezensenten und ausführliche Beschreibungen der Experimente, die er als Reaktion auf kritische Bemerkungen durchgeführt hatte. Dank McConnells Gewissheit in seiner Richtigkeit kann die moderne Wissenschaft zu einer Analyse dieser ursprünglichen wissenschaftlichen Daten zurückkehren.

Bemerkenswert ist die Tatsache, dass Gewebe „trainiert“ Planarien hohe Gehalt an Orotsäure detektiert, die für die RNA-Synthese erhaltenen Ergebnisse McConnell ein Metabolit notwendig ist, kann wie folgt interpretiert werden: Bedingungen für eine schnellere Ausbildung erhöhten Gehalt Orotat y schaffen "Trainierte" Planarier. Wenn sie das Lernen der regenerierten Planarien untersuchen, stehen sie nicht mit der Übertragung von Gedächtnis, sondern mit der Übertragung von Fähigkeiten auf ihre Bildung.

Auf der anderen Seite stellte sich heraus, dass, wenn die Regeneration von Planarien in Gegenwart von RNase durchgeführt wird, nur die Individuen, die aus dem Kopffragment erhalten wurden, eine erhöhte Lernfähigkeit zeigen. Unabhängige Experimente am Ende des XX Jahrhunderts durchgeführt. G. Ungar, erlaubt, aus dem Gehirn von Tieren mit einem Dunkelvermeidungsreflex ein 15-gliedriges Peptid zu isolieren, das Scotofobin (Induktor der Angst vor Dunkelheit) genannt wird. Offensichtlich sind sowohl die RNA als auch einige spezifische Proteine in der Lage, Bedingungen für die Auslösung funktioneller Verbindungen (Interneuronale Netzwerke) zu schaffen, ähnlich denen, die im ursprünglichen Individuum aktiviert wurden.

2005 wurde McConnels 80. Geburtstag gefeiert, dessen Experimente die Erforschung molekularer Speicherträger einleiteten. An der Wende des 20. Und 21. Jahrhunderts. Neue Methoden der Genomik und Proteomik sind aufgetaucht, mit deren Hilfe die Beteiligung niedermolekularer Transport-RNA-Fragmente an den Konsolidierungsprozessen aufgedeckt werden konnte.

Die neuen Fakten machen es möglich, das Konzept der Nicht-Teilnahme von DNA an den Mechanismen des Langzeitgedächtnisses zu überarbeiten. Der Nachweis von RNA-abhängiger DNA-Polymerase im Gehirngewebe und das Vorhandensein einer positiven Korrelation seiner Aktivität mit der Lernfähigkeit weisen auf die Möglichkeit einer DNA-Beteiligung an den Prozessen der Gedächtnisbildung hin. Es wurde festgestellt, dass die Entwicklung von nahrungsbedingten Reflexen bestimmte Regionen (Gene, die für die Synthese spezifischer Proteine verantwortlich sind) der DNA im Neokortex scharf aktiviert. Es ist anzumerken, dass die Aktivierung von DNA hauptsächlich Bereiche betrifft, die selten im Genom repliziert werden und nicht nur in der nukleären, sondern auch in der mitochondrialen DNA und in letzterer - in einem größeren Ausmaß - beobachtet werden. Die Faktoren, die das Gedächtnis unterdrücken, unterdrücken gleichzeitig diese synthetischen Prozesse.

Einige Stimulans des Auswendiglernens (auf: Ashmarin, Stukalov, 1996)

Spezifität der Aktion	Stimulanzien
	Klassen von Verbindungen	Beispiele für Substanzen
Relativ spezifische Agenten	Regulatorische Peptide	Vasopressin und seine Analoga, Dipeptid pEAO, ACTH und seine Analoga
	Nichtpeptidische Verbindungen	Pyracetam, Ganglioside
	Regulatoren des RNA-Metabolismus	Orotate, niedermolekulare RNA
Breitspektrum-Agenten	Neurostimulanzien	Phenylalkylamine (Phenamin), Phenylalkyloidonimine (Synococarb)
	Antidepressiva	2- (4-Methyl-1-piperazinyl) -10-methyl-3,4-diazaphenoxazin (Azafen)
	Modulatoren des cholinergen Systems	Cholinomimetika, Acetylcholinesterase-Inhibitoren

Die Tabelle zeigt Beispiele für Verbindungen, die die Speicherung anregen.

Es ist möglich, dass das Studium der Beteiligung der DNA an den Prozessen der Gedächtnisbildung eine vernünftige Antwort auf die Frage gibt, ob es Bedingungen gibt, unter denen die generierten Fähigkeiten oder die entstandenen Eindrücke vererbt werden können. Es ist möglich, dass das genetische Gedächtnis der langjährigen Ereignisse, die von den Vorfahren erfahren wurden, der Basis einiger ungeklärter Phänomene der Psyche zugrunde liegt.

Nach einer geistreichen, wenn auch unbewiesenen Ansicht, spiegeln die Traumflüge, die die endgültige Bildung des reifen Gehirns begleiten, die jeder von uns in unserer Jugend erlebt hat, das Gefühl der Flucht unserer fernen Vorfahren zu der Zeit, als sie auf Bäumen schliefen. Es ist nicht umsonst, dass das Fliegen im Traum niemals mit einem Sturz endet - nach all den fernen Vorfahren, die beim Fallen keine Zeit hatten, die Äste zu ergreifen, obwohl sie diese Empfindung vor dem Tod erfuhren, aber keine Nachkommen gaben ...