Помер, в 2008 году:
http://en.wikipedia.org/wiki/Henry_MolaisonПриблизиться к разгадке памяти ученые смогли благодаря человеку, который более полувека фигурировал в медицинской литературе не иначе как Н. М. Его называли самой большой загадкой неврологии, и только после его смерти в 2008 году ученые обнародовали его имя и подробности его жизни. Именно благодаря этому человеку стали известны некоторые механизмы формирования памяти.
Мистер Генри Молейсон родился в Хартфорде (штат Коннектикут, Канада) в 1926 году. В девятилетнем возрасте его сбил велосипедист, и с этого времени Генри мучили приступы эпилепсии и невыносимые головные боли. В 27 лет он согласился на операцию, чтобы избавиться от страданий.
Генри удалили часть мозга — небольшие участки правой и левой височных долей мозга, задев при этом гиппокамп — орган, расположенный в каждой доле. Операция помогла — боли исчезли, но вместе с ними пропала способность запоминать что-либо. После операции Генри стал жить только в настоящем времени. Все, что он видел и слышал, начисто стиралось из его памяти через 20 секунд. Через 10 месяцев после операции семья Генри переехала в новый дом, и спустя год Генри все еще не помнил свой новый адрес и не мог самостоятельно найти дорогу к новому дому — он всегда приходил к старому.
Он не мог вспомнить людей, с которыми разговаривал всего несколько минут назад, по многу раз перечитывал одни и те же журналы, как будто видел их впервые, решал одни и те же головоломки. Тем не менее он отдавал себе отчет, что с его памятью не все в порядке. Иногда он говорил: «Видите ли, сейчас мне как будто все ясно, но что было чуть раньше? Именно это меня и беспокоит. Так себя чувствуешь, как будто просыпаешься после крепкого сна. Я просто ничего не помню». Однако все, что происходило с ним до операции — подготовку к ней и предшествующие этому события, он помнил прекрасно. Всю свою жизнь до самой смерти на вопрос: «Сколько Вам лет?» Генри отвечал: «27».
В 1962 году Милнер провела с пациентом Н.М. эксперименты, в которых обнаружила существование двух систем памяти – декларативной или сознательной и имплицитной или подсознательной. К последней относится так называемая двигательная память, которая позволяет, например, раз выучившись ездить на велосипеде, с легкостью возобновлять этот навык после долгого перерыва. Двигательную память Молейсона тестировали по тому, как он справлялся с заданием по вычерчиванию объекта, видимого только отраженным в зеркале. С каждым разом пациент делал все большие успехи, таким образом исследователи пришли к выводу о том, что кратковременная память и двигательная память - явления разобщенные.
У Генри сохранилась только двигательная (моторная) память — он научился играть на гитаре и мог, например, нарисовать план дома, в котором жил.
Умственная деятельность и интеллект Генри после удаления части мозга не пострадали, он был физически здоров, мог самостоятельно себя обслуживать и, в принципе, вел нормальную жизнь.
На всю оставшуюся жизнь Генри Молейсон стал пациентом № 1 различных клиник и НИИ, занимающихся изучением головного мозга. Наблюдения за ним помогли ученым установить структуры мозга, ответственные за процессы запоминания и обучения.
Сейчас уже известно, что гиппокамп участвует в механизмах формирования эмоций и консолидации памяти, то есть перехода кратковременной памяти в долговременную. Но этим знанием мы в немалой степени обязаны Хенри Молейсону.
Как отметила в интервью сетевому изданию The Scientist наблюдавшая Н.М. на протяжении десятилетий известный нейрофизиолог Бренда Милнер (Brenda Milner) из Монреальского Неврологического Института (Montreal Neurological Institute) и Университета Макгилла (McGill University), «он был великодушный человек, готовый сотрудничать и имевший желание принести пользу науке».
В то время, когда ученые только начинали работать с этим пациентом, в научном сообществе было принято считать, что память не связана с каким-то определенным участком мозга. «Не было компьютерной томографии, никакого иного визуализирующего оборудования» для проникновения в работу мозга, и исследователям оставалось полагаться только на клинические наблюдения – говорит доктор Милнер.
Десятки лет работы с Молейсоном приносили все новые сведения о системах памяти, исследования не прекратились даже с его кончиной. Генри завещал сохранить свой мозг после смерти для научных исследований.
Так, спустя час после смерти пациента было проведено магнитно-резонансное сканирование его головного мозга с целью выявления степени повреждения лобных долей, а потом орган был законсервирован для последующих разносторонних исследований.
...Учёные сгрудились вокруг чего-то, напоминающего замёрзшее желе кубической формы объёмом несколько литров, окружённое испарениями сухого льда. Закреплённый на подвижной платформе "контейнер" начинает приближаться к стальному лезвию, и присутствующие замирают. Лезвие медленно снимает верхний слой, словно опытный шеф-повар отмеряет тонкий ломтик прошутто. "Ещё немного…", - не сдерживается кого-то. Затем следует ещё один слой, ещё и ещё. Наконец, показывается розовая точка, пятно, которое растёт и растёт. Это – срезы мозга, но не какого-нибудь, а принадлежавшего Генри Молейсону (Henry Molaison), известному научному миру как человек с амнезией, участвовавший в сотнях исследований памяти. Он согласился отдать свой мозг для изучения.
"Вы можете понять, почему все так нервничают, - говорит доцент радиологии в Калифорнийском университете (University of California) Сан-Диего Джекопо Аннес (Jacopo Annese), аккуратно снимая каждый слой и помещая его в поднос с физиологическим раствором. – Как будто весь мир смотрит через плечо". Так и есть: тысячи посетителей зашли на сервер, чтобы увидеть живую трансляцию продолжавшегося три дня процесса. С одной стороны, препарирование ознаменовало кульминацию жизни Молейсона, которая документировалась исследователем памяти из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) Сюзанной Коркин (Suzanne Corkin), работавшей с ним в течение пяти десятилетий. Но это также начало нового грандиозного проекта, способного возродить интерес к данной области знаний о человеке, как считает Сандра Уителсон (Sandra Witelson) из канадского Университета МакМастера (McMaster University) – под её опекой находится банк из 125 мозгов, включая гениальный Альберта Эйнштейна.
Обсерватория мозга (The Brain Observatory) в Сан-Диего – это попытка связать прошлое и будущее. Препарирование мозга уходит корнями на века назад и помогает учёным понять место расположения отвечающих за разные функции центров, таких как речевой и зрительный, сравнить серое и белое вещество и концентрации клеток, а также определить вызываемые болезнями наподобие Альцгеймера повреждения. Но до сих пор не существует единого стандарта разделения мозга на части. Некоторые учёные делают это, начиная с верхней точки и заканчивая нижней, другие получают несколько больших частей и затем подробно рассматривают только интересующие участки. Нет идеального метода, и любой из них делает очень сложной, если не невозможной, реконструкцию связей между клетками, участвующих в процессах мышления.
Чтобы получить как можно более завершённую картину, доктор Аннес разрезал мозг на очень тонкие слои – по 70 мкм каждый, толщиной с бумагу, – и продвигается от передней части органа к задней. После этого используются современные технологии, в том числе магнитно-резонансная томография (MRI), воспроизводящие в цифровом виде каждую органическую "пластину". Всего их 2401, и количество информации для каждой при добавлении данных микроскопических исследований составит около 1 Тб. В настоящий момент компьютеры Калифорнийского университета оцифровывают и собирают вместе все части мозга Молейсона, чтобы в итоге создать, как выражается Аннес, "похожий на Google Earth поисковый механизм" – первый полностью реконструированный атлас мозга. Разрешение модели будет приближаться к масштабу отдельных клеток. Учёные надеются, что это позволит изучать соединения между клетками, их взаимодействие на новом уровне.
По данным экспертов, всего в мире около 50 коллекций мозгов, многие из которых принадлежали пациентам с неврологическими или психиатрическими проблемами, а другие пожертвованы ратующими за развитие науки здоровыми людьми. Хотя препарирование довольно распространено, в техническом плане это нелёгкая задача. Подготовкой является замораживание органа в формальдегиде и сахарозе до около -40° С в течение нескольких часов с большой осторожностью, ведь органическая ткань при этом становится хрупкой. Благодаря помощи разрабатывавшего для антарктических экспедиций оборудование инженера Дэвида Мелберга (David Malmberg) удалось создать устройство для поддерживания нужной температуры. После длившегося 53 часа разделения мозга лаборатория Аннеса занимается не менее тщательным процессом помещения каждого слоя в стеклянную камеру.
Если всё пойдёт по запланированному сценарию, Обсерватория мозга сможет собрать обширную коллекцию органов с нормальной и нарушенной функциональностью, которая потребует многих лет изучения. С увеличением количества такой информации учёные смогут делать более точные выводы при изучении уникальных качеств каждого мозга и сравнении их с "обычным" мозгом среднестатистического человека, не имеющего выдающихся способностей в математике или каких-либо патологий...
http://www.3dnews.ru/news/sozdashtsya_pervii_polnii_tsifrovoi_atlas_mozga/Интересующимся работой мозга известен следующий мысленный эксперимент. Человеку заменяют нейрон на искусственный чип, выполняющий ту же функцию. В ответ на входящий импульс чип генерирует электрическую активность, которую выдал бы удаленный нейрон. По всей видимости, подмена одного нейрона не скажется на работоспособности мозга, его возможностях памяти и мышления. Следовательно, можно повторить процедуру. Манипуляцию последовательно проводят со всеми нервными клетками, помещая на их место правильно запрограммированные чипы. В итоге мозг будет состоять целиком из искусственных элементов, обменивающихся сигналами между собой. Для философов данный эксперимент служит поводом поставить ряд важных вопросов о природе сознания.
Физиологи и биоинженеры подходят к проблеме менее глобально, но гораздо более практично: они пытаются выяснить, выполнима ли функция нейрона искусственными средствами в живом мозге. Иначе говоря, возможен ли в действительности нейропротез. Реальные (не мысленные) эксперименты на эту тему имеют не столь долгую историю. Как правило, исследуется деятельность нервных клеток, связанных с моторикой и движением. Однако в феврале 2011 года в Journal of Neural Engineering вышла знаковая статья. Впервые ученым удалось переложить с нейронов на электроды обеспечение когнитивной функции – долговременной памяти.
Исследователи создали способ произвольно включать и выключать память у крыс с помощью мультиэлектродной матрицы. «Щелкните переключатель, и крысы будут запоминать; щелкните обратно, и крысы потеряют эту способность», - признается первый автор публикации Theodore Berger. Подчеркну, электроды использовались не для разрушения, а для восстановления памяти. Это принципиально важно. Суть эксперимента вкратце: крысы учились нажимать на педаль, основываясь на памяти о прошлом нажатии. Чтобы получить порцию воды, им следовало нажать правую педаль, если до этого они нажимали левую, и наоборот. В голову крысы имплантировали 32 электрода, по 16 с каждой стороны, направляя их в две области гиппокампа, т.н. CA3 и CA1. В процессе обучения и выполнения заданий регистрировалась активность нейронов. Показания обрабатывались на компьютере специальной программой multi-input/multi-output (MIMO), которой авторы очень гордятся и чья предсказательная способность, собственно, проверялась данным экспериментом. На основании входящих сигналов от нейронов CA3 эта MIMO должна была спрогнозировать исходящие сигналы нейронов CA1. Чтобы понять, насколько верно ей это удается, исследователи нарушали связь между этими участками, вводя в гиппокамп крысы блокатор глутаматных NMDA-рецепторов (MK801). После инъекции препарата животные утрачивали способность помнить прошлые действия, и не могли выполнить задачу. И вот тогда ученые включали электроды в режим стимуляции, которые по алгоритму MIMO генерировали спайки вместо молчащих нейронов. Функция памяти возвращалась. Ничего не подозревающие крысы снова могли запоминать.
Таким образом, ученым удалось показать, что искусственный протез может выполнять работу, которая в естественных условиях выполняется нейронами, даже когда речь идет о поддержании когнитивной функции, в данном случае памяти. В дальнейшем подобный эксперимент ученые планируют провести на обезьянах. Сложно предвидеть, насколько далеко наука сможет продвинуться в данном вопросе. Тем не менее, первый шаг сделан. И этот шаг исторический.
Theodore W Berger et al (2011) A cortical neural prosthesis for restoring and enhancing memory.Л.В. Полежаев Можно ли изменить инстинкт и поведение животных?Впервые такой вопрос поставил известный немецкий экспериментальный эмбриолог Г.Гирсберг. В результате восьмилетней кропотливой работы с семью разными видами зародышей лягушек и жаб ему удалось получить очень интересные результаты, но лишь при одном сочетании видов. Он пересаживал мозг зародышей остромордой лягушки (Rana arvalis; семейство лягушковых), взятый на стадии нейрулы и смыкания нервной пластинки, на место удаленного мозга чесночницы обыкновенной (Pelobates fuscus; семейство чесночниц), и наоборот. Во всех остальных случаях трансплантат или не приживался, или "химерные" животные с чужеродным мозгом вскоре погибали из-за несовместимости тканей трансплантата и хозяина.
Как известно, лягушки и чесночницы в своем развитии проходят стадию головастиков, и в процессе метаморфоза, когда у них рассасываются хвост и жабры, сильно укорачивается кишечник и развиваются конечности, особи превращаются во взрослую форму - маленького лягушонка-сеголетку. По окончании метаморфоза лягушата всегда выходят на сушу, где питаются мушками или жучками - ловят их длинным и клейким языком. Живут они в траве и только некоторое время плавают в мелких водоемах, не питаясь. Чесночницы, напротив, все время проводят на суше, часто где-нибудь в огородах, роют в земле глубокие норы и закапываются в них, ночью выходят на поверхность и поглощают разных червей и жуков. У чесночниц на задних лапах большие пяточные бугры - ими они и роют норы. У лягушек пяточные бугры очень маленькие и для рытья не приспособлены. Подвижность этих двух видов амфибий разная: чесночницы медленно ползают на брюхе, а остромордые лягушки прыгают.
Из всех многочисленных подопытных животных удалось провести через метаморфоз только двух остромордых лягушек, которым был пересажен мозг чесночниц. Эти химерные создания по виду ничем не отличались от своих нормальных собратьев, но поведение их было необычным. По окончании метаморфоза они не выходили из воды и не прыгали, как лягушки, а подобно чесночницам ползали на брюхе, выкапывали в сыром песке довольно глубокие ямки и прятались в них. Однако так глубоко, как чесночницы, они в землю не зарывались - пяточные бугры у них оставались маленькими, как у лягушек. Таким образом, изменилось только поведение животных, а формы тела и разных органов были прежними. Наследственно обусловленный инстинкт, поведение животных контролировались мозгом.
Длительное время интереснейшие опыты Гирсберга, имеющие принципиальное значение для эмбриологов, оставались в тени. Вероятно, это было обусловлено тем, что основное внимание биологов на несколько десятилетий было приковано к эпохальному открытию Г.Шпеманом первичной индукции нервной пластинки у позвоночных. Эта проблема привлекла к себе внимание эмбриологов, гистологов, цитологов, физиологов, биохимиков и даже патологоанатомов всего мира и тем самым отвлекла их внимание от опытов Гирсберга.
Однако спустя 40 лет после его работ немецкие эмбриологи Г.Андерс и Е.Росслер заинтересовались проблемой изменения пищевого инстинкта и поведения животных при пересадке мозга. Они работали на головастиках двух видов амфибий - обитающих в Африке шпорцевой лягушки (Xenopus laevis) и карликового когтеносца (Hymenochirus boettgeri). Головастики этих представителей разных семейств отличаются по внешнему виду и особенностям поведения.
Головастики шпорцевой лягушки в два раза крупнее карликовых и поглощают пищу путем засасывания и фильтрования. Рот и глотка их ритмично сокращаются, прогоняя воду через жаберные щели и оставляя пищу во рту. У них сильно развиты жабры-верши.
Карликовые головастики - хищники. Они открывают свой трубкообразный рот только при пожирании маленьких рачков или другой пищи, имеют одну пару жаберных щелей, а жабр-вершей у них нет. Их глаза направлены вперед, и плавают когтеносцы горизонтально, а головастики шпорцевой лягушки - косо, под углом к поверхности воды.
Трансплантацию проводили на стадии нейрулы, т.е. в тот момент, когда у зародышей начинает закладываться нервная система. Реципиенту-зародышу пересаживали участок мозга донора, включающий фрагмент среднего и продолговатого мозга. В описываемых опытах у химер продолговатый мозг был от донора, а средний - от реципиента. Между нервной тканью донора (шпорцевого головастика) и реципиента (карликового когтеносца) устанавливались нормальные нервные связи: аксоны нервных клеток трансплантата врастали в ткани мозга хозяина. Эти химерные создания фильтровали пищу так же, как это делают шпорцевые лягушки. В 42% случаев они ритмично открывали рот и глотку. Наряду с этим у них сохранилась реакция хозяина, и они заглатывали маленьких рачков. К таким ритмическим движениям мышц глотки могли побудить нейроны донора. Однако под влиянием среднего мозга хозяина осуществлялась его программа с участием программы донора.
Итак, все эти опыты на взрослых лягушках и головастиках показывают, что в основном поведение животных можно переопределить, пересаживая чужеродный мозг, хотя в известной степени такой эффект может зависеть и от повреждения мозга реципиента. Отметим также, что после пересадки химерный мозг всегда претерпевает некоторые морфологические изменения, но функционирует.
Перекрестная пересадка органов или тканей у животных разных видов, родов, семейств получила название ксенотрансплантации. Методы таких ксенопластических трансформаций оказались весьма полезными при решении важных вопросов в биологии и генетике.
Среди прочих проблем биологии развития нас также заинтересовал вопрос переопределения генетически детерминированного или жестко программированного инстинкта и поведения животных. Мы решили поставить опыт на двух резко отличающихся по морфологии и поведению видах бесхвостых амфибий: травяной лягушки (R. temporaria) и шпорцевой (X. laevis), принадлежащих к разным семействам. Как головастики, так и взрослые особи этих лягушек совсем не похожи друг на друга.
Цель наших экспериментов состояла в том, чтобы понять, как изменится наследственно обусловленный характер поведения у химерных особей в результате перекрестной пересадки зачатка мозга у зародышей этих видов.
В опыте было несколько серий: неоперированные, интактные зародыши травяной лягушки - 14, из них к концу опыта осталось для учета - 9; интактные зародыши шпорцевой лягушки - 10, к концу опыта осталось - 4; зародыши травяной лягушки с пересаженным мозгом того же вида зародышей - 81, к концу опыта осталось всего 3 лягушонка. Зародыши травяной лягушки с мозгом шпорцевой - 72, к концу опыта осталось - 7; зародыши шпорцевой лягушки с мозгом травяной - 37, к концу опыта осталось 5 головастиков.
Чтобы ответить на эти вопросы, недостаточно только пересадить мозг, необходимо вырастить лягушек, т.е. провести химерных головастиков через метаморфоз до взрослой стадии. Зародышей травяных амфибий мы получали из естественной кладки икры лягушек, пойманных в окрестностях Москвы, или после искусственного оплодотворения икры. Икра шпорцевой лягушки поступала к нам из аквариумов некоторых других институтов.
Операции проводили на стадии ранней и поздней нейрулы или даже хвостовой почки. Зародышу-реципиенту травяной лягушки вживляли трансплантат, взятый от зародыша донора (шпорцевой). Трансплантат приживлялся плохо и его приходилось на 5 - 10 мин покрывать тоненькими дугообразными стеклянными капиллярами-мостиками.
Когда зародыши (реципиенты) превращались в головастиков, их кормили суспензией из растертых сухих и процеженных листьев крапивы. Химерных головастиков на стадии метаморфоза помещали в наклонно поставленные чашки Коха с крышками, нижняя часть которых заполнялась водой, а верхняя оставалась сухой. На нее из воды выходили маленькие лягушата-сеголетки - их кормили мушками-дрозофилами, которых они ловили длинным клейким языком. Эти химерные лягушата-сеголетки жили в наших опытах до двух месяцев.
Другая часть лягушат на сушу не выходила, т.е. вела себя подобно шпорцевым лягушкам, постоянно живущим в воде. Через несколько дней, оставшись без пищи, такие особи погибали. По окончании опыта всех лягушек фиксировали в 10% растворе формалина, делали анатомические и гистологические препараты, которые изучали под микроскопом.
После снятия черепной крышки можно было видеть, что в головном мозге имелись все составные части: передний мозг, промежуточный, средний (зрительные бугры), мозжечок и продолговатый мозг. Однако форма и архитектоника его несколько отличалась от нормальной, особенно это касалось среднего и заднего мозга на ранних стадиях развития. Нервная ткань травяной лягушки была пигментированной, темной, а шпорцевой лягушки, напротив, - очень светлой, бледной.
Совсем иначе развивались и проходили метаморфоз зародыши шпорцевой лягушки. Их головастики превращались в лягушат, которые оставались в воде всю жизнь. Головастиков и взрослых особей кормили трубочником. К сожалению, после пересадки зачатка мозга травяной лягушки шпорцевой не удалось получить ни одного химерного лягушонка.
Следует отметить, что главным образом из-за несовместимости тканей лягушек разного вида смертность в эксперименте была очень велика. Из 218 зародышей к концу опыта осталось 28 лягушат. Однако на результат эксперимента влияли и другие факторы, например кормление. Иногда амфибии погибали из-за повреждений во время операции промежуточного мозга.
Результаты нашего опыта позволяют сделать вывод, что, несмотря на выраженную несовместимость тканей травяной и шпорцевой лягушек, все же в некоторых случаях удается получить химерных особей при пересадке на стадии нейрулы - ранней хвостовой почки. У таких амфибий оказываются переопределены запрограммированные пищевой и экологический, поведенческий инстинкты. Было бы интересно продолжить подобные эксперименты и найти некий новый подход к проблеме. В частности, попробовать выделить из мозга зародышей и взрослых особей определенные биологически активные вещества и попытаться с их помощью повлиять на инстинкт животных. Эту идею можно проверить экспериментально и в случае успеха испытать в опытах на млекопитающих.
До сих пор речь шла о ксенотрансплантации между видами животных, принадлежащих к разным семействам. Однако успешные пересадки нервной ткани между такими особями позволили предположить, что трансплантация нейральных зачатков возможна и между животными разных классов и даже типов. Впервые функциональная и структурная совместимость нервных систем позвоночных и беспозвоночных была продемонстрирована в культуре тканей. Попытку объединить нервные системы насекомых и млекопитающих осуществила группа научных сотрудников Института биологии развития им.Н.К.Кольцова РАН (руководитель Л.И.Корочкин) и Института морфологии человека РАН (руководитель С.В.Савельев). Нервную ткань насекомого - мушки-дрозофилы, хорошо изученной генетиками, они пересаживали в нервную трубку зародышей амфибий, мышей и крыс. Исследователей прежде всего интересовало, возможно ли приживление нейральной ткани насекомого при столь отдаленном родстве животных. Впоследствии возникли и другие весьма интересные задачи в этом смелом и оригинальном исследовании...
