Пластичность мозга. Потрясающие факты о том, как мысли способны менять структуру и функции нашего мозга

Кандел выбрал одновременно профессию врача и психиатра в надежде заняться психоанализом. Однако несколько его друзей-психоаналитиков убедили его обратить внимание на изучение мозга, обучения и памяти, о которых в то время мало что было известно, чтобы добиться более глубокого понимания причин эффективности психотерапии и возможностей ее совершенствования. После первых сделанных им находок Кандел принял решение стать лабораторным ученым, но при этом он никогда не терял интереса к вопросам изменения сознания и мозга под влиянием психоанализа.

Кандел начал изучение гигантского морского моллюска под названием Aplysia, обладавшего необычайно большими нейронами (клетки этого моллюска имеют ширину в один миллиметр и видны невооруженным глазом), что позволяло приоткрыть дверь в тайну функционирования нервной ткани человека. Эволюция отличается консерватизмом, поэтому элементарные формы научения действуют одинаково как у животных с простой нервной системой, так и у людей.

Кандел надеялся «отловить» приобретенный (условный) рефлекс в наименьшей цепочке нейронов и изучить его. Кандел обнаружил простую цепь у моллюска, которую нетрудно вырезать с помощью иссечения и сохранять в живом и неповрежденном виде в морской воде. Таким образом, он получал возможность изучать ее, пока она сохраняла жизнеспособность и обучалась.

Простая нервная система моллюска состоит из сенсорных клеток, которые распознают опасность и посылают сигналы на его двигательные нейроны, выполняющие рефлекторные действия для его защиты. Моллюски Aplysia дышат жабрами, которые покрыты мясистой тканью, называемой сифоном. Если сенсорные нейроны в сифоне обнаруживают незнакомый стимул или опасность, они посылают сообщение шести двигательным нейронам, которые активируются, заставляя мышцы вокруг жабр втягивать сифон и жабры внутрь, где они защищены. Именно эту цепь изучал Кандел, вводя микроэлектроды в нейроны.

Он также мог наглядно продемонстрировать, что, в то время как моллюск учится избегать ударов и втягивать жабры, происходит изменение его нервной системы, усиливающее синаптические связи между двигательными и сенсорными нейронами и приводящее к испусканию более сильных сигналов, обнаруживаемых с помощью микроэлектродов. Это стало свидетельством того, что научение ведет к нейропластическому укреплению связей между нейронами.

Если Кандел неоднократно повторял удары в течение короткого периода времени, моллюски становились «чувствительными». У них формировался «выученный страх» и тенденция остро реагировать даже на более щадящие стимулы, как это бывает у людей с тревожными расстройствами. Когда у моллюсков появлялся выученный страх, пресинаптические нейроны выделяли больше химических медиаторов в синапсы, порождая более сильный сигнал. Затем Кандел показал, что моллюсков можно научить распознавать стимул как безвредный[112]

. Когда к сифону моллюска аккуратно прикасались снова и снова, но удара за этим не следовало, синапсы, определяющие рефлекс втягивания, ослабевали, и в конечном счете моллюск начинал игнорировать прикосновение. Потом Кандел убедился, что моллюсков можно научить устанавливать связь между двумя разными событиями и что в процессе этого научения их нервная система меняется[113]. Когда он воздействовал на моллюска щадящим стимулом, за которым сразу же следовал удар по хвосту, его сенсорные нейроны вскоре начинали реагировать на этот стимул как на опасный, испуская при этом очень сильные сигналы — даже если последующего удара не было.

Затем, работая совместно с Томом Кэрью, Кандел продемонстрировал, что у моллюсков могут формироваться кратковременные и долговременные формы запоминания. В ходе одного из экспериментов исследователи научили моллюска втягивать жабры после десяти прикосновений. Изменения в нейронах сохранялись в течение нескольких минут, что эквивалентно кратковременному запоминанию. Когда они прикасались к моллюску десять раз во время четырех разных сеансов обучения, которые отделяло друг от друга от нескольких часов до одного дня, изменения в нейронах сохранялись целых три недели[114]. У животных формировались примитивные модели долговременной памяти.