Умные мухи и глупые мыши

Ген NR2B – не единственный, которым в настоящее время интересуются ученые в связи с работой памяти. В еще одной прорывной серии экспериментов исследователям удалось вывести линию плодовых мушек с «фотографической памятью», а также линию мышей, страдающих амнезией. Возможно, со временем эти эксперименты помогут объяснить множество загадок нашей долговременной памяти (к примеру, почему зубрежка в последние дни перед экзаменом – не лучший способ учебы, а также почему мы лучше всего помним богатые эмоциями события). Ученые обнаружили, что существует два важных гена – CREB‑активатор, стимулирующий формирование новых связей между нейронами, и CREB‑репрессор, подавляющий формирование новых воспоминаний.

Доктора Джерри Инь и Тимоти Тулли из лаборатории в Колд‑Спринг‑Харбор проводили серию интересных экспериментов с плодовыми мушками – дрозофилами. Обычно им, чтобы чему‑то научиться (к примеру, распознавать какой‑нибудь запах или избегать удара), нужно десять попыток. Мушки с дополнительными CREB‑репрессорами вообще не могли формировать сколько‑нибудь продолжительных воспоминаний, но настоящее удивление исследователи испытали, когда взяли мушек с дополнительным геном CREB‑активатора. Они запоминали то, что нужно, с первой попытки. «Это говорит о том, что у этих мушек фотографическая память», – говорит доктор Тулли. Он сравнил этих дрозофил со студентами, «которые способны один раз прочитать главу в учебнике, увидеть ее мысленно и сказать вам, что ответ можно найти в третьем параграфе на семьдесят четвертой странице».

Этот эффект демонстрируют не только плодовые мушки. Доктор Алцино Силва из Колд‑Спринг‑Харбор экспериментирует с мышами. Он выяснил, что мыши с дефектом в CREB‑активаторе гена практически не способны формировать долговременные воспоминания. Они страдают амнезией. Но даже эти забывчивые мыши могли бы что‑нибудь освоить, если бы их занятия были организованы как короткие уроки с возможностью отдохнуть между ними. Ученые предполагают, что в мозгу присутствует ограниченное количество CREB‑активатора; именно этим, возможно, ограничен объем информации, который мы можем усвоить за заданное время. Занимаясь зубрежкой перед экзаменом, мы очень быстро истощаем доступный объем CREB‑активатора и перестаем усваивать информацию, по крайней мере до тех пор, пока не сделаем перерыв и не восстановим объем CREB‑активатора.

«Мы теперь можем точно сказать, по какой биологической причине не работает судорожная зубрежка перед экзаменом», – говорит доктор Тулли. Лучший способ подготовиться к экзамену – мысленно повторять материал периодически в течение дня, пока он не станет частью долговременной памяти.

Этим можно объяснить также, почему эмоционально заряженные воспоминания часто бывают такими живыми и сохраняются десятилетиями. CREB‑репрессор действует как фильтр, устраняя бесполезную информацию. Но воспоминание, связанное с сильными эмоциями, может либо устранить CREB‑репрессор, либо повысить уровень CREB‑активатора.

В будущем мы можем ожидать новых прорывов в изучении генетических основ памяти. Вероятно, громадные возможности мозга определяются не одним геном, а сложной комбинацией множества генов. У каждого из них, в свою очередь, в человеческом геноме есть «ответная часть», так что возможно, мы тоже когда‑нибудь сможем генетически улучшать память и развивать ментальные способности.

Однако не думайте, что «подхлестнуть» мозг можно будет уже завтра. На пути ученых еще множество препятствий. Во‑первых, неясно до сих пор, приложимы ли все полученные результаты к человеку. Нередко методы лечения, выглядевшие многообещающе при испытаниях на мышах, плохо переносятся на представителей нашего биологического вида. Во‑вторых, даже если результаты можно применить к человеку, мы не знаем, что, в конце концов, из этого выйдет. Возможно, эти гены действительно помогают улучшить память, но не повышают общий интеллект. В‑третьих, оказалось, что генная терапия (или исправление поврежденных генов) – вещь более сложная, чем считалось ранее. Этим методом можно излечить лишь горстку генетических заболеваний. И хотя вирусы, при помощи которых ученые внедряют «хорошие» гены в клетку, совершенно безобидны, организм все равно посылает антитела на борьбу с чужаками, что часто делает терапию бессмысленной. Не исключено, что внедрение гена для улучшения памяти тоже приведет к фиаско. (Кроме того, вся область генной терапии несколько лет назад потерпела серьезную неудачу, когда в Пенсильванском университете во время процедуры генной терапии умер пациент. Вообще работа по модификации человеческих генов сталкивается с множеством этических и даже юридических проблем.)

Таким образом, испытания на людях будут продвигаться намного медленнее, чем на животных. Однако можно предположить, что наступит день, когда процедура будет отработана и станет реальностью. Чтобы изменить гены нужным образом, достаточно будет сделать укол в руку. При этом в кровь попадет безобидный вирус, который затем, заразив нормальные клетки, внедрит в них свои гены. А стоит «умному гену» успешно внедриться в клетку, как он активируется и начнет вырабатывать белки, которые, действуя на гиппокамп и процесс формирования воспоминаний, улучшат память и когнитивные способности.

Если с внедрением генов ничего не получится, останется другая возможность – ввести нужные белки в тело, вообще не обращаясь к генам. Тогда, вместо того чтобы делать укол, нам придется глотать таблетки.

«Умная таблетка»

Целью этих исследований в конечном итоге является создание «умной таблетки», которая могла бы повысить концентрацию внимания, улучшить память и, возможно, даже совершенствовать интеллект. Фармацевтические компании экспериментируют с несколькими перспективными препаратами, такими как MEM 1003 и MEM 1414, которые, по идее, должны развивать умственные способности человека.

Ученые обнаружили, что долговременные воспоминания существуют благодаря ферментам и генам. Усвоение информации происходит, когда определенные нервные пути закрепляются при активации конкретных генов, таких как CREB (он запускает выработку соответствующего белка). По существу, чем больше CREB‑белков циркулирует в мозгу, тем быстрее формируются долговременные воспоминания. Это проверено на морских моллюсках, дрозофилах и мышах. Главное свойство MEM 1414 заключается в том, что этот препарат ускоряет выработку CREB‑белков. В лаборатории у старых животных, которым давали MEM 1414, долговременные воспоминания формировались значительно быстрее, чем у животных контрольной группы.

Кроме того, ученые пытаются выделить конкретные биохимические процессы, задействованные в формировании долговременных воспоминаний как на генетическом, так и на молекулярном уровне, и уже есть первые успехи. Когда этот ключевой процесс станет полностью понятным, можно будет разработать терапевтические методы, способные его ускорить и усилить. Со временем воспользоваться таким «ускорителем мозга» смогут не только пожилые люди и жертвы болезни Альцгеймера; эти методы будут доступны каждому.