Джозеф Леду, на которого тоже повлиял наш обзор, видоизменил методику экспериментов Коэна и провел их на крысах, заложив основы работы с экспериментальной системой, которая оказалась наилучшей для изучения клеточных механизмов приобретенного страха у млекопитающих. Леду сосредоточился на миндалевидном теле — структуре, расположенной глубоко под корой головного мозга и специализирующейся на реакциях страха. Через многие годы, когда появилась возможность получать генетически модифицированных мышей, я тоже обратился к изучению миндалевидного тела и под влиянием работ Леду исследовал на мышах молекулярно-биологические аспекты памяти, уже изученные у аплизии.
13. Даже простое поведение может видоизменяться под действием обучения
Когда в декабре 1965 года я перешел в Нью-Йоркский университет, я знал, что настал момент сделать большой шаг вперед. Во время работы в лаборатории Тауца я обнаружил, что в ответ на стимуляцию разного характера, действующую по образцу сигналов, возникающих при павловском обучении, с синапсами легко могут происходить продолжительные изменения, которые сказываются на силе связи между двумя нейронами выделенного из организма ганглия. Но то была искусственная ситуация. У меня не было прямых доказательств того, что настоящее обучение живого организма приводит к изменениям эффективности синапсов. Мне нужно было пойти дальше моделирования поведения на отдельных клетках выделенного ганглия и заняться примерами обучения и памяти в нервной цепи, обеспечивающей какую-либо форму поведения у интактного активного животного.
Поэтому на следующие несколько лет я наметил себе две цели. Во-первых, я решил составить подробный каталог поведенческого репертуара аплизии и определить, какие формы ее поведения могут видоизменяться в результате обучения. Во-вторых, я собрался выбрать для исследования какую-то одну форму поведения, видоизменяемого обучением, и с ее помощью разобраться в том, как происходит обучение и как в нейронной сети, обеспечивающей это поведение, записываются воспоминания. План я составил еще во время работы в Гарварде и начал искать постдока интересующегося обучением у беспозвоночных, чтобы вместе с ним заняться этой проблемой.
Мне повезло: я нанял на эту работу Ирвинга Купфермана — одаренного бихевиориста и оригинала, получившего образование в Чикагском университете. Он поступил ко мне на работу в Бостоне за несколько месяцев до моего ухода из Гарварда, а затем перешел вместе со мной в Нью-Йоркский университет. Ирвинг был типичным чикагским интеллектуалом. Высокий и дико худой, очень начитанный и немного эксцентричный, он носил очки с толстыми стеклами и был почти лыс, несмотря на юный возраст. Один из его студентов впоследствии описал его как «большой мозг на конце тонкой длинной палки». У Ирвинга была аллергия на грызунов и кошек, поэтому свою диссертацию доктора философии он делал на мокрицах — небольших наземных членистоногих. Он показал себя грамотным и творческим исследователем поведения с незаурядным умением планировать эксперименты.
Вместе мы занялись изучением поведения аплизии, чтобы выбрать одну его форму, которую можно было бы использовать для исследования общения. Мы познакомились почти со всеми формами пищевого поведения этого животного, его повседневной двигательной активности (рис. 13–1), выделения пурпурной жидкости и откладки яиц. Нас очаровало его половое поведение (рис. 13–2) — самая очевидная и впечатляющая форма социального поведения аплизии. Эти моллюски — гермафродиты, то есть могут играть роль как самца, так и самки, спариваясь с разными партнерами в разное время и даже одновременно. Правильно опознав друг друга, они могут образовывать впечатляющие копулятивные цепи, каждое животное в которых выступает в роли самца для следующего и самки для предыдущего в цепи.
13–1. Один полный шаг. Аплизия передвигается, поднимая голову и ослабляя присасывание к субстрату, чтобы оторвать от него переднюю часть ноги, которую затем вытягивает на расстояние, равное половине длины ее тела. Затем она опускает переднюю часть ноги и прикрепляет ее к субстрату, после чего сокращает передний конец тела, подтягивая заднюю его часть вперед. (Фотографии любезно предоставил Пал Кандель).
13–2. Простое и сложное поведение у аплизии. Выделение пурпурной жидкости (вверху) — сравнительно простая форма поведения, которой управляют клетки единственного (абдоминального) ганглия нервной системы моллюска. Половое поведение намного сложнее, и в нем задействованы нейроны нескольких ганглиев. Аплизии — гермафродиты, т. е. могут играть роль как самцов, так и самок, и нередко образуют копулятивные цепи, такие как показанная на рисунке (внизу). (Перепечатано из книги: E R. Kandel, Cellular Basis of Behavior, W. H. Freeman and Company, 1976).
Анализируя и обдумывая эти формы поведения, мы осознали, что все они слишком сложны, а в некоторых из них задействовано больше одного ганглия нервной системы моллюска. Нам же нужно было найти очень простую форму поведения, которой управляли бы клетки только одного ганглия. Поэтому мы сосредоточились на поведении, управляемом абдоминальным ганглием — тем самым, с которым я работал в Париже и который был мне лучше всего знаком. Абдоминальный ганглий, содержащий только две тысячи нервных клеток, управляет сокращениями сердца, дыханием, откладкой яиц, выделением пурпур, ной жидкости, слизи и рефлекторным втягиванием жабр и сифона. В 1968 году мы остановились на простейшей форме поведения — рефлексе втягивания жабр.
Жабры — это наружный орган, служащий аплизии для дыхания. Он расположен на спинной стороне тела в полости, которую называют мантийной, и прикрыт кожистым выростом — мантийным выступом, на конце которого расположен сифон — мясистая трубка, по ней из мантийной полости выводятся вода и отходы жизнедеятельности (рис. 13–3А). Если слегка прикоснуться к сифону, у аплизии немедленно срабатывает защитный механизм втягивания как сифона, так и жабр в мантийную полость (рис. 13–3Б). Очевидный смысл рефлекса состоит в защите жабр, жизненно важного и ранимого органа, от возможных повреждений.
13–3. Простейшая форма поведения аплизии — рефлекс втягивания жабр.
Мы с Ирвингом обнаружили, что даже этот очень простой рефлекс видоизменяется в результате двух форм обучения — привыкания и сенсибилизации, каждая из которых обеспечивается краткосрочной памятью, действующей в течение нескольких минут. Первое слабое прикосновение к сифону вызывает быстрое втягивание жабр. Последующие слабые прикосновения вызывают привыкание: по мере того как животное обучается распознавать этот раздражитель как несущественный, рефлекс втягивания постепенно ослабевает. Сенсибилизацию мы производили, действуя сильным электрическим ударом на переднюю или заднюю часть тела. Животное распознавало этот сильный раздражитель как неприятный, после чего в ответ на такое же слабое прикосновение к сифону демонстрировало усиленный рефлекс втягивания жабр (рис. 13–3В).
