Однако скоро все разуверились в скотофобине. В июле 1972 года Унгар представил статью в журнале Nature, где утверждал, что скотофобин приводит к избеганию темноты, и предположил, что в нервной системе может быть много таких поведенчески активных молекул [57]. Статья была представлена в журнал почти полутора годами ранее; причина столь длительной задержки между написанием и публикацией заключалась в том, что один из ученых, участвовавших в рецензировании статьи, Уолтер Стюарт, точно понимал, что все это бессмысленно. В высшей степени необычным образом в Nature в конце концов решили опубликовать статью Унгара, но сопроводить ее длинной заметкой Стюарта, с подробными критическими замечаниями взглядов ученого, в том числе в отношении синтетической версии молекулы. Стюарт утверждал, что, несмотря на семнадцать научных статей, опубликованных группой Унгара, вместе составляющих более ста страниц, исследователи не предоставили необходимых экспериментальных данных, позволяющих воспроизвести их работу и проверить результаты. Стюарт заключил, что «выводы авторов скорее ложны, чем истинны» [58].
Ни энграммы, ни страх перед светом не могут быть перенесены из мозга одного животного в мозг другого с помощью инъекции.
Несмотря на краткий ответ Унгара в том же номере Nature, критика Стюарта произвела сокрушительный эффект. Улучшенные поведенческие показатели и усовершенствованные методы биохимии вскоре выявили, что перенос обучения или памяти невозможен и что если скотофобин и существует, то это, вероятно, полипептид, вырабатываемый у подопытных животных в результате стресса от электрического разряда и не имеющий никакого отношения к обучению [59]. Финансирование экспериментов по переносу обучения сошло на нет практически сразу, поскольку то, что в течение многих лет будоражило научное и общественное сознание, оказалось иллюзией [60]. Скотофобин стал эдакой нейробиологической «версией» N-лучей, формы излучения, ненадолго затмившей разум физиков начала XX века[223] [61]. Точное происхождение широко распространенных поведенческих эффектов, о которых сообщалось, остается неясным, но ни энграммы, ни страх перед светом не могут быть перенесены из мозга одного животного в мозг другого с помощью инъекции. Тем не менее недавние исследования подтверждают, что воспоминания действительно могут вновь появиться в регенерировавшем мозгу планарии. Следовательно, не все научные находки того времеми были полной бессмыслицей.
Пока работа над беспозвоночными вроде аплизий и мух дрозофил помогала раскрывать биохимические основы обучения, исследователи позвоночных разработали способ косвенного изучения того, как во время формирования воспоминаний развиваются синапсы. В 1973 году два исследователя из Осло, Тимоти Блисс и Терье Лёмо, сообщили, что могут изменить структуру нейронных путей в гиппокампе кролика, стимулируя их очень быстрой серией электрических импульсов [63]. То, что они назвали долговременной потенциацией, порождаемой стимуляцией нейронного пути (и эффективно имитирующей сильный стимул, испытываемый в реальной жизни), создавало изменения в синапсах, которые можно было наблюдать в течение нескольких часов.
Лёмо впервые обнаружил данный эффект в 1966 году и впоследствии работал над этим вопросом с Блиссом в 1968–1969 годах, но проблемы воспроизводимости вызывали сомнения в том, что они обнаружили [64]. В конце концов, несмотря на отсутствие решения проблемы, ученые собрались опубликовать работу. Хотя Блисс и Лёмо на некоторое время забросили эту область (почти на десять лет – Блисс, на тридцать лет – Лёмо), другие исследователи обратились к изучению эффекта долговременной потенциации (ДП), и количество работ по данной теме вскоре стало расти в геометрической прогрессии. Аккуратно и точно стимулируя мозг животного, а затем наблюдая биохимические и структурные изменения, можно было выявить многообразие различных типов синаптических изменений. При этом использовались срезы мозговых тканей – в том числе и человека – а не целых животных [65]. Тимоти Блисс и Грэм Коллингридж в крупном обзоре, опубликованном в журнале Nature в честь двадцатой годовщины первой статьи о ДП, подчеркнули, что главной из нерешенных вопросов в этой области является истинное физиологическое значение ДП, в частности, «является ли оно центральным компонентом синаптического механизма памяти?» [66]. Исследователи не были уверены в связи между реальной памятью и эффектами, наблюдаемыми в лабораторных исследованиях ДП. Задача все еще требует ответа: в 2006 году Блисс лишь смог заявить, что ДП представляет собой «убедительную физиологическую модель эпроцессов формирования памяти» [67]. Недавние эксперименты подтвердили, что ДП и его «негативный» эквивалент, долговременная депрессия[224], могут деактивировать и реактивировать воспоминания у крыс, что говорит о существовании причинно-следственной связи. Однако это не означает, что феномен ДП сам по себе является памятью. Непроясненная биохимическая природа ДП и другие нерешенные вопросы (например, тот факт, что научение может происходить после одного события, в то время как ДП требует многократной стимуляции), все еще вынуждают некоторых ученых сомневаться в том, что ДП полностью отражает процесс кодирования воспоминаний в мозге [68].
Когда Пенфилд попытался объяснить странное пробуждение воспоминаний в результате стимулируции мозга, то предположил, что этот процесс активирует те же самые пути, что задействованы во время обучения. Теперь эта мысль была реализована с помощью новейшего нейронаучного метода – оптогенетики. Эта методика, разработанная в начале XXI века рядом исследователей, включая Геро Мизенбека, Карла Дайссерота и Эдварда Бойдена, в настоящее время доминирует во многих областях исследований мозга и нейронов животных[225]. Процедура включает в себя введение гена в нужный нейрон, который кодирует светочувствительный белок (опсин). Эту молекулу можно активировать с помощью светового импульса и тем самым заставить нейрон реагировать. Оптогенетика – способ точной идентификации и стимуляции нейронов – была использована для того, чтобы показать, что в нейронах, участвующих в обучении, происходят некоторые изменения, типичные для ДП, и что те же самые клетки активируются во время запоминания [69]. В настоящее время они широко известны как клетки энграммы, хотя не являются единственным ее компонентом, так как туда на самом деле вовлечено просто огромное количество нейронов [70].
Метод оптогенетики был разработан в начале XXI века и в настоящее время доминирует во многих областях исследований мозга и нейронов животных.
В 1982 году Фрэнсис Крик, один из первооткрывателей двойной спирали ДНК, предположил, что структуры, известные как дендритные шипики – крошечные мембранные выросты на поверхности дендрита, разветвленного отростка нейрона, – могут играть ключевую роль в синаптической активности, изменяя их форму во время обучения [71]. Ученый оказался прав в своем предположении, но точный механизм был проще, чем Крик себе представлял. В процессе создания долговременной памяти новые синаптические связи устанавливаются благодаря образованию новых шипиков, а не путем изменения формы существующих. Новые дендритные шипики наблюдаются после обучения у широкого круга животных, и в 2015 году исследователи использовали оптогенетику для сокращения количества шипов, которые были созданы после обучения. Память о конкретной решенной задаче была нарушена, что указывает на то, что дендритные шипики имеют ключевое значение для формирования энграммы [72]. Однако ситуация не так проста, поскольку становится очевидным, что нейроны не создают новые синапсы сами по себе. Другие клетки, называемые астроцитами[226], которые реагируют на нейромедиаторы, по-видимому, способствуют синаптической пластичности и улучшению памяти. Если активация астроцитов в гиппокампе блокируется, то возникает нарушение памяти [73].
Впереди еще много открытий и разъяснений, но в целом результаты подтверждают понимание Хеббом процесса обучения [74]. Несмотря на интенсивные споры о локализации и распределении, которыми была отмечена история науки о мозге, теперь кажется, что воспоминания не находятся в одном месте, хотя отдельные клетки все еще могут играть существенную роль в формировании памяти. Воспоминания часто бывают мультимодальными (включающими место, время, запах, свет и т. д.) и распределяются по коре головного мозга через сложные нейронные сети.
Некоторые исследования направляют наше понимание физической природы памяти в весьма тревожное русло. В 2009 году ученые под руководством Шины Джосселин из Массачусетского технологического института специально удалили клетки в миндалевидном теле (амигдале) мыши, которые экспрессировали высокий уровень белка CREB во время выполнения учебной задачи [75]. В результате мышь забыла то, чему научилась. Энграмма была стерта. Развитие оптогенетики позволило исследователям еще эффективнее манипулировать памятью мышей. В лаборатории нобелевского лауреата Судзуми Тонегавы, микробиолога и профессора Массачусетского технологического института, в гиппокампе грызунов были созданы ложные воспоминания, заставляющие животное замирать в определенной части клетки, как будто ранее его там били током, хотя у него никогда не было такого опыта [76]. Группа также превратила неприятное воспоминание в позитивное, что привело к тому, что грызуна стало привлекать место, где ранее его били током. Значение энграммы было изменено [77]. Они даже активировали положительные энграммы в мозге мышей, что повлекло за собой модификации поведения, напоминавшие депрессию [78]. Другие ученые создали память с нуля, оптогенетически активируя как обонятельную луковицу, так и мозговые центры, отвечающие за вознаграждение и отвращение. В результате мышь помнила что-то о запахе, с которым никогда не сталкивалась [79]. Подобная точно