Мат Ридли
Геномът (19) (Автобиография на един биологичен вид в 23 глави)

Хромозома 16
Паметта

Наследствеността осигурява изменението на собствения си механизъм.

Джеймс Марк Болдуин, 1896

Човешкият геном е книга. Ако прочете тази книга внимателно от началото до края и обърнете внимание на такива особености като „щамповането“, един професионален и сръчен учен може да направи цяло човешко тяло. Щом има механизъм за четене и разбиране на книгата, един съвременен Франкенщайн ще може да свърши своето дело. А после? Франкенщайн ще направи организма и ще го напои с еликсира на живота, но за да бъде жив наистина, човекът ще трябва да прави нещо повече, отколкото просто да съществува. Той ще трябва да се приспособява, да се променя и да реагира. Трябва да получи самостоятелност. Трябва да се освободи от контрола на Франкенщайн. В този смисъл гените, подобно на злополучния студент по медицина от разказа на Мери Шели, трябва да изгубят контрол над своето собствено създание. Те трябва да го освободят, за да намери то своя път в живота. Геномът не казва на сърцето кога да бие, нито на окото — кога да мигне, нито на ума — кога да мисли. Нищо че гените определят някои от параметрите на личността, интелигентността и човешката природа. Те знаят кога да делегират своите права на друг. Тук, върху хромозома 16 се намират гени, които най-усилено преотстъпват права. Това са гените, които правят възможни обучението и паметта.

Ние, хората, може да сме детерминирани от указанията на нашите гени до значителна степен. Това обаче което сме научили през своя живот, ни определя още повече. Геномът е компютър, който преработва информация. С помощта на естествения отбор геномът извлича полезна информация от окръжаващия свят и я включва в своите построения. Еволюцията просто страшно бавно обработва информацията — за всяка промяна са нужни няколко поколения. Не е за учудване, че геномът е открил много по-бърза и полезна машина, която за броени минути или секунди може да извлече информация от окръжаващия свят и да реализира тази информация чрез поведение. Тази машина е мозъкът. Нашият геном ни дава нервите, които ни казват кога сме опарили ръката си, нашият мозък ни дава действието, за да махнем ръката си от печката.

Въпросът за научаването е от областта на неврологията и психологията. Научаването е обратното на инстинкта. Инстинктът е генетично обусловено поведение; научаването е поведение, което се променя от опита. Двете имат малко общо помежду си, така поне ни учат някои психолози през по-голямата част от XX век. Но защо някои неща се научават, а други са инстинктивни? Защо употребата на език е инстинктивна, а диалектът и речникът се научават? Джеймс Марк Болдуин, героят на тази глава, е бил неизвестен американски теоретик на еволюцията, работил през XIX век. През 1896 г. той пише трудносмилаема, философска обзорна статия, със слабо влияние по онова време, или по-точно, със слабо влияние през следващите 91 години. В края на 80-те години на XX век, по щастливо стечение на обстоятелствата, той е изваден от неизвестността от група компютърни специалисти, които решават, че неговите разсъждения имат много общо с тяхната задача да накарат компютрите да се обучават.⁽¹⁾

Болдуин е привлечен от въпроса защо някои неща се научават от индивида през живота му, а не се програмират предварително като инстинкт. Съществува общоприето вярване, че научаването е нещо добро, а инстинктът — лошо, или по-скоро, че научаването е свързано с прогрес, а инстинктът е примитивен. Следователно присъщо на ранга на човека е, че ние трябва да учим най-различни неща, които за животните са съвсем естествени. Изследователите, които се занимавали с изкуствен интелект, следвайки тази градация, поставили научаването на пиедестал и тяхна цел станало създаването на обучаваща се машина с общо предназначение. Но тук просто има фактическа грешка. Човешките същества постигат чрез инстинкт същите неща, както и животните. Ние пълзим, стоим, ходим, издаваме звуци и мигаме по същия инстинктивен начин, както и пилетата. Ние се научаваме само на допълнителните неща, които са присадени върху животинските инстинкти, такива като четене, каране на кола, банково дело и пазаруване. „Главна функция на съзнанието“, пише Болдуин, „е да позволи [на детето] да научи неща, които природната наследственост не може да предаде.“

А като учим нещо, ние се поставяме в селективна среда, което допринася за появяването на нов инстинкт в бъдеще. Научаването постепенно отстъпва на инстинкта. Нещо подобно предположих в главата за хромозома 13. Откриването на млекопреработването решава задачата за трудното усвояване на лактозата. Първото решение е културно — да се прави кашкавал или сирене. По-късно възниква вродено решение — да се запази продукцията на ензима лактаза и във възрастните организми. Вероятно даже грамотността би станала в крайна сметка вродена, ако неграмотните за достатъчно дълго време са в репродуктивно неблагоприятно положение. В действителност естественият отбор е процес на извличане на полезна информация от околната среда и закодирането й в гените. Ето защо в определен смисъл може да се погледне на човешкия геном като на натрупано научаване, продължило четири милиарда години.

Но и предимството на вродените неща има граници. Да вземем говоримия език, за който имаме силен, но гъвкав инстинкт. Би било чиста лудост естественият отбор да свърши всичко докрай и да направи даже речника на езика инстинктивен. Езикът като инструмент би станал твърде скован. Като нямаме дума за „компютър“, ние ще трябва да го описваме като „нещото, което мисли, когато общуваме с него“. По същия начин естественият отбор се е погрижил (простете за телеологичния бързопис) да снабди прелетните птици със система за ориентиране, която не е напълно комплектована. Поради прецесията на равноденствията, която постепенно променя посоката Север, за птиците е жизнено важно всяко ново поколение да калибрира своя звезден компас чрез обучение.

Идеите на Болдуин се отнасят до крехкото равновесие между културната и генетичната еволюция. Това не са противоположности, а приятели, които си обменят влияние, за да получат най-добри резултати. Орелът, за да се адаптира по-добре към местните условия, може да си позволи да учи занаят от своите родители. Обратното, кукувицата трябва да вгради всичко в инстинкт, защото тя никога няма да види своите родители. Тя, часове след излюпването, гони от гнездото своите приемни братя и сестри; като млада птица мигрира до определено място в Африка без родителите да я напътстват; открива как се намират и ядат гъсеници; връща се в родните места на следващата пролет; намира си партньор; намира гнездо на подходяща по вид птица. И всичко това с помощта на серия инстинктивни действия и благоразумни промеждутъчни периоди на научаване от опита.

Ние не оценяваме достатъчно нито колко човешкият мозък разчита на инстинкти, нито колко другите животни са способни да научават. Например медоносните пчели се научават как да събират нектар от различните типове цветове. Тренирани върху един тип цветове, те са неумели върху друг тип, докато не добият опит. Щом обаче разберат как да събират нектара и прашеца, се справят добре и с други цветове с подобна форма. Така те доказват, че са направили нещо повече от това да запомнят отделните цветове и са успели да стигнат до абстрактни обобщения.

Друг известен пример на научаване при прости организми е случаят с морския гол охлюв. Трудно е да си представим по-достойно за съжаление животинче. То е лениво, малко, просто и мълчаливо. То има миниатюрен мозък и живее своя живот, състоящ се от хранене и секс, със завидно отсъствие на нервно напрежение. То не може да мигрира, да общува, да лети или пък да мисли. То просто съществува. В сравнение, да речем, с кукувицата или даже с пчелата, неговият живот е лесен и сигурен. Ако е вярна идеята, че простите животни използват инстинкти, а сложните — се учат, тогава морският гол охлюв няма нужда да се учи.

И все пак охлювът може да се обучава. Ако струя вода се насочи към неговите външни хриле, той отдръпва хрилете си. Но ако струята вода се насочва многократно към хрилете, те най-накрая спират да се отдръпват. Морският гол охлюв престава да реагира на това, което той сега възприема като фалшива тревога. Той „привиква“. Това не е като да се научи диференциално и интегрално смятане, но все пак е нещо. Ако морският охлюв получава електрически удар, преди водата да се отправи към хрилете, той се научава да прибира хрилете си даже още по-навътре от обикновено — явление, наречено сензитиране. Охлювът може да придобие „класически условен рефлекс“, подобно на знаменитите кучета на Павлов. Охлювът първо се научава да прибира хрилете си, когато получава много слаба водна струя, съчетана с електрически удар. След това само слабата струя, която нормално не е достатъчна да накара морския охлюв да си прибере хрилете, предизвиква бързото им отдръпване. С други думи, голите морски охлюви са способни на същите видове обучаване, както кучетата или хората: привикване, сензитиране и асоциативно научаване. И въпреки това те даже не използват „мозъка си“. Тези рефлекси и научаването се извършват в абдоминалния ганглий — малка нервна подстанция в корема на това лигаво същество.

Човекът, провел тези експерименти, Ерик Кандел, е имал цел по-различна от желанието да дразни охлюви. Кандел е искал да разбере основните механизми, по които се извършва научаването. Какво е научаване? Какви промени настъпват в нервните клетки, когато мозъкът (или коремният ганглий) придобие нов навик или промени поведението си? Централната нервна система се състои от множество нервни клетки, по които пътуват електрически сигнали, и от синапси, които са връзките между нервните клетки. Когато електрическият нервен сигнал достигне до синапс, той трябва да се превърне в химически сигнал. Нещо подобно на пътник в електрически влак, който взима ферибот през морски канал, преди да продължи пътуването си отново с електрически влак. Вниманието на Кандел бързо се насочило към синапсите между невроните. Научаването изглежда е промяна в техните свойства. Когато морският охлюв привиква към фалшивата тревога, синапсът между приемащия сензорен неврон и неврона, който движи хрилете, някъде „отслабва“. Обратно, когато морският гол охлюв се сензитира към стимула, синапсът се „заздравява“. Постепенно и изобретателно Кандел и колегите му намерили конкретната молекула в мозъка на охлюва, която лежи в основата на това отслабване или заздравяване на синапсите. Тази молекула се нарича цикличен АМФ (аденозин монофосфат).

Кандел и колегите му открили каскада от химични изменения, в чийто център стои цикличният АМФ. Без да обръщаме внимание на техните имена да си представим поредица от вещества, наречени А, В, С и т.н. Нека:

А прави В,

Което активира С,

Което отваря канал, наречен D,

Пропускащ повече Е в клетката,

Което удължава освобождаването на F,

Което е невротрансмитерът,

Който пренася сигнала през синапса до съседния неврон.

Положението е, че „С“ също така активира белтък, наречен CREB. Животни, които нямат активирана форма на CREB, могат все пак да научават, но не могат да запомнят наученото за повече от около час. Това е, защото CREB, веднъж активиран, започва да отключва различни гени и така променя формата и функцията на синапса. Гените, отключени по този начин, се наричат CRE гени, което е съкращение за „елементи, реагиращи на цикличен АМФ“ (cyclic AMP response elements). Ако се впусна в повече подробности, ще ви накарам да вземете първия попаднал ви трилър, но имайте още малко търпение, съвсем скоро пак ще стане просто.⁽²⁾

Толкова просто в действителност, че е време да се запознаем с dunce. Dunce е мутантна плодова мушица, неспособна да научи, че след определен мирис винаги следва електрически удар. Открита през 70-те години, тя е първа от редицата „мутанти в обучението“, получени, като на облъчени с радиация мухи се дават прости задачи, след което се отглеждат само тези, които не могат да се справят. Скоро се появяват мутанти, наречени cabbage, amnesiac, rutabaga, radish и turnip (в превод: зеле, амнезияк, шведска ряпа, репичка и ряпа). (Пример за това как генетиците, които се занимават с мухи, си позволяват много повече свобода с имената на гените, в сравнение с колегите им, изучаващи хората). До сега при мухите са намерени цели 17 мутации, засягащи обучението. Запознат с охлювите на Кандел, Тим Тъли от лабораторията в Колд Спринг Харбър се е опитал да намери точно какво е повредено при мутантните мухи. За радост на Тъли и Кандел всички повредени гени са били свързани с правенето на цикличен АМФ или с реакции, свързани с него.⁽³⁾

След това Тъли съобразил, че ако може да блокира способността на мухите да научават, би могъл също така да я промени или усили. Тъли отстранява гена за белтъка CREB и създава мушица, която може да се обучава, но не помни какво е научила — урокът бързо избледнявал от нейната памет. Той скоро получил линия мухи, които учат толкова бързо, че схващат смисъла от един предаден урок, докато другите мухи се нуждаят от десет урока, за да се научат да се страхуват от мириса, след който редовно следва електрически удар. Тези мухи имат фотографска памет, според описанието на Тъли. Без да са умни, те проявяват склонност към свръх-обобщаване. Приличат на човек, който случайно е паднал от велосипед, когато греело слънце, и след това не иска да върти педалите в слънчеви дни. Големите мнемонисти, като например знаменитият руснак Шерашевски, имат точно този проблем. Те пълнят главите си с толкова много ежедневни неща и факти без значение, че от дърветата не виждат гората. Интелигентността изисква правилна смес от запомняне и забравяне. Често се удивявам на факта, че „лесно си спомням“, т.е. сещам се, че съм чел определен текст или съм чувал определена програма по радиото. Въпреки това не мога да ги възпроизведа — паметта е някак скрита от съзнанието (и вероятно не е толкова скрита в ума на мнемонистите).⁽⁴⁾

Тъли е убеден, че генът на CREB е в основата на механизмите на научаването и паметта, нещо като ген-господар, който активира други гени. Опитите да се разбере механизмът на научаването се превръщат в търсене на гени. Искахме да избягаме от тиранията на гените и да разберем как научаваме. Вместо това ние просто установихме, че най-сигурният начин да се разбере научаването, е да се разберат гените и техните продукти, които позволяват обучението да се извършва.

Никой няма да се учуди, когато разбере, че CREB се среща не само при мухите и голите охлюви. В мишките присъства същият ген. Вече са направени мутантни мишки с нокаутиране на мишия CREB ген. Както може да се предположи, мишките са неспособни да извършват прости задачи, например да запомнят къде е скрита подводната платформа във ваната за плуване (стандартно мъчение при експериментите по обучаване на мишки) или да запомнят кои храни е безопасно да ядат. Мишките могат да получат временна амнезия, ако се инжектират в мозъка с „антисенс“ на CREB гена (т.е. с неговия противоположен ген). Това заглушава гена за известно време. По същия начин те са супер-ученици, ако техният CREB ген е особено активен.⁽⁵⁾

А мишките и хората са много близко в скалата на еволюцията. Ние, човешките същества, също имаме CREB ген. Човешкият CREB ген е върху хромозома 2, но неговият задължителен съюзник, който помага на CREB да си върши работата, наречен CREBBP, е точно тук, върху хромозома 16. Той, заедно с друг „ген на научаването“, наречен алфа-интегрин, също върху хромозома 16, ми дава известно основание да пиша за научаването.

В плодовите мушици системата на цикличния АМФ изглежда особено активна в райони на мозъка, наречени гъбовидни тела. Ако в мозъка си мухата няма гъбовидни тела, тогава тя по правило не е способна да направи асоциацията между определена миризма и електрически удар. Изглежда CREB и цикличният АМФ вършат своята работа в тези гъбести тела. Как, едва напоследък става ясно. Роналд Дейвис, Майкъл Гротуил и техните колеги от Хюстън са търсили мухи, неспособни да научават или да помнят. Те откриват мутантна муха, която наричат volado. („Volado“, обясняват те охотно, е чилийска разговорна дума, която означава нещо близко до „разсеян“ или „забравящ лесно“, по правило се употребява за професорите). Подобно на dunce, cabbage и rutabaga, мухите volado имат трудности при научаването. Но за разлика от тези гени, volado няма нищо общо с CREB или с цикличния АМФ. Генът volado представлява рецепта за една от субединиците на белтъка алфа-интегрин, който се експресира в гъбовидните тела и има роля при контакта на клетките.

Възможно е volado да е ген от типа „китайски пръчици“ (виж главата за хромозома 11) и да има много други ефекти освен да променя паметта. За да проверят това, учените от Хюстън правят нещо твърде остроумно. Те взимат мухи с нокаутиран ген volado и на негово място вмъкват ново копие volado, свързано с ген за „температурен шок“. Това е ген, който се активира, когато организмът внезапно се загрее. Те така разполагат двата гена, че volado работи, само когато генът за температурния шок е включен. На студено мухите не могат да учат. Три часа след температурния шок те изведнъж стават добри ученици. Няколко часа след това, когато температурният шок отзвучи, мухите отново губят способност да учат. Това означава, че volado е необходим в самия момент на научаването, а не само за изграждане на структурите за научаване.⁽⁶⁾

Генът volado е рецепта за белтък, който свързва клетките. Този факт е указание за една интригуваща възможност, че паметта може би се състои, казано буквално, от заздравяване на връзките между невроните. Когато научаваме нещо, ние променяме физическата мрежа в своя мозък и създаваме нови здрави връзки там, където е нямало такива или където връзките са били слаби. Аз почти мога да приема, че научаването и паметта се състоят в това. Но как да си представя, че моята памет за значението на думата „volado“ се състои от някакви засилени връзки между няколко неврона? Това определено е стряскащо. Струва ми се, че учените, без да са разгадали тайната около проблема, поставят нова, завладяваща загадка — да си представим, че връзките между нервните клетки не само дават механизма на паметта, но в действителност са и самата памет. Това е загадка, много по-вълнуваща от викането на духове или от летящите чинии.

Нека се потопим малко по-навътре в мистерията. Откриването на volado подсказва хипотезата, че интегрините са съществени за обучението и паметта, но за това вече е имало известни указания. През 1990 г. вече се знаеше, че вещество, което инхибира интегрините може да повлияе върху паметта. Такова вещество пречи на процеса, наречен дългосрочно потенциране с усилване, който изглежда е ключов в създаването на паметта. Дълбоко в основата на мозъка има структура, наречена хипокампус (морско конче на гръцки). Една част от хипокампуса се нарича „рогът на Амон“. Амон е египетски бог, свързан с овена. В рога на Амон има голям брой „пирамидални неврони“ (отбележете, египетската тема продължава), които събират полученото от други сензорни (сетивни) неврони. Един пирамидален неврон е трудно да бъде „възбуден“. Ако обаче по едно и също време до него достигнат два отделни импулса, тяхното общо действие може да направи това. Веднъж възбуден по описания начин, пирамидалният неврон може да се възбуди, много по-лесно, само от един от първоначалните входни импулси. Например видът на една пирамида и звукът на думата „Египет“ могат да се обединят и да възбудят една пирамидална клетка. Така се създава асоциативната памет, пример за дългосрочно потенциране.

Дългосрочното потенциране, подобно на научаването при морските охлюви, изцяло зависи от промяната на свойствата на синапсите, в този случай на синапсите между клетките, провеждащи входящи импулси и пирамидалните клетки. В тази промяна почти сигурно участват интегрините. Странно, но инхибирането на интегрините позволява да се образува подобно дългосрочно потенциране, но пречи то да се поддържа. Интегрините вероятно са необходими, за да държат синапсите плътно прилепнали.

Преди малко лекомислено споменах, че пирамидалната клетка е самата памет. Това е глупост. Спомените за нашето детство съвсем не лежат в хипокампуса, а в кората на мозъка. Това, което се намира във и около хипокампуса, е механизмът за създаване на нова дългосрочна памет. Както изглежда, пирамидалните клетки по някакъв начин пренасят новообразуваната памет там, където тя ще бъде пазена. Ние знаем това благодарение на двама известни и нещастни млади мъже, които през 50-те години претърпяват необичайни злополуки. Първият, известен в научната литература с инициалите X. М., има епилептични припадъци след произшествие с велосипед. За да изчезнат припадъците, лекарите изрязват парченце от мозъка му. Вторият, известен като Н. А., е бил радарен техник в авиацията. Един ден той седи, конструира някакъв модел и случайно се обръща. Негов колега си играе с шпага за фехтовка и точно в този момент решава да направи пробождащо движение. Шпагата минава през ноздрата на Н. А. и попада в мозъка.

До ден днешен двамата мъже страдат от ужасна амнезия. Те могат много ясно да си спомнят случки от детството и от времето няколко години преди злополуките. Те за кратко могат да запомнят настоящите събития, но само ако преди да бъдат попитани за тях, не са били прекъснати. Те не могат да оформят нова дългосрочна памет. Те не могат да разпознаят лицето на хора, които виждат всеки ден. Или да запомнят пътя до дома си. Н. А. (по-лекият случай) не може да гледа телевизия заради търговските реклами, защото забравя съдържанието на програмата преди тях.

X. М. може да научи решението на нова задача и да запази умението, но не може да си спомни, че я е учил. Това предполага, че „процедурните“ спомени се образуват не там, където се образуват „декларативните“ спомени за факти и събития. Изследването на трима младежи, страдащи от тежка амнезия за факти и събития, потвърждава това различие. Оказва се, че младежите са завършили училище, научавайки без особена трудност да четат, пишат и т.н. При сканиране и тримата показват необичайно малък хипокампус.⁽⁷⁾

А вместо просто да казваме, че спомените се правят в хипокампуса, можем да бъдем малко по-конкретни. Повредите, от които X. М. и Н. А. страдат, предполагат връзка между две други части на мозъка и паметта — средната слепоочна част, която отсъства при X. М. и диенцефалона (междинния мозък), който частично отсъства при Н. А. Това наблюдение подтиква невролозите и те постепенно ограничават участъците, които са най-важни за паметта, до една главна структура — периназалната кора. Тук сензорната информация, изпращана от визуалната, слуховата, олфакторната и други области, се обработва и се превръща в памет (спомени), може би с помощта на CREB. След това информацията се пренася до хипокампуса и оттам до междинния мозък за временно съхранение. Ако се сметне, че си струва информацията да бъде запазена за постоянно, тя се праща обратно в кората като дълготрайна памет. Това е този странен момент, когато изведнъж преставаш да търсиш телефонния номер на някого, а можеш да си го спомниш. Изглежда възможно предаването на памет от средния слепоочен дял до кората да става през нощта, по време на сън; в мозъка на плъхове клетките на лоба са активни през нощта.

Човешкият мозък е много по-внушително устройство от генома. Ако обичате количествените показатели — мозъкът има хиляди милиарди синапса, а не милиард бази и тежи килограми, а не хилядни от микрограма. Ако предпочитате геометрията — мозъкът е аналогова триизмерна машина, а не дигитална, линейна. Ако обичате термодинамиката — докато работи, мозъкът произвежда голямо количество топлина, като парна машина. За биохимиците — мозъкът се нуждае от много хиляди различни белтъци, невромедиатори и други съединения, а не просто от четирите нуклеотида на ДНК. За нетърпеливите — мозъкът буквално се променя, докато го наблюдават, геномът се променя по-бавно от ледник. За любителите на свободната воля — оформянето на мрежите от неврони от безжалостния градинар, наречен опит, е необходимо за функционирането на мозъка. Геномът изпраща своите послания по предварително определен начин, с малка степен на гъвкавост. Откъдето и да се погледне, съзнателният живот на свободни решения има предимства пред живота на автомат, контролиран от гените. И все пак Джеймс Марк Болдуин разбира (както и днешните маниаци на тема Изкуствен интелект), че противопоставянето не е истинско. Мозъкът е създаден от гени. Той е толкова добър, колкото и дизайнът му. Мозъкът е машина, направена да се променя от опита. Този факт е записан в гените. Как става това, е едно от големите предизвикателства пред съвременната биология. Но няма съмнение, че човешкият мозък е най-съвършеното доказателство за способностите на гените. Белег на големия водач е, че той знае кога да отстъпи права на другите. Геномът знае кога да направи това.