Г. М. мог запомнить имя нового человека, но через несколько минут его забывал. Эта амнезия была тотальной в антероградном плане — на все воспоминания после операции. Однако ретроградная амнезия (относящаяся к событиям, предшествовавшим операции) была лишь частичной. Недавние факты Г. М. полностью забыл, но старые воспоминания, особенно из детства, хорошо сохранились.
Этот интересный случай интенсивно изучали на протяжении всей послеоперационной жизни Г. М. Его клиническое состояние так и не изменилось. Очень подробное исследование этого пациента показало, что гиппокамп необходим для формирования новых декларативных воспоминаний. Именно в нем кодируются отношения между разными перцептивными атрибутами каждого воспоминания: образами, звуками, текстурами, запахами и вкусами, характерными для любого объекта.
Они кодируются отдельно в коре головного мозга, но изначально интегрируются через гиппокамп. Этим объясняется, почему именно он играет такую важную роль в картографировании окружающей среды: это позволяет ориентироваться в пространстве и систематизировать сложные события, вроде движений и действий нескольких объектов в ряде последовательных сцен.
Чтобы декларативные воспоминания сохранялись долго, принципиально важно участие всего гиппокампа — как в момент их приобретения, так и в последующие часы. Однако со временем воспоминания все менее отображаются в гиппокампе и все больше — в коре головного мозга. Они сохраняются без каких-либо серьезных повреждений даже у неврологических пациентов, которые в результате несчастного случая или операции подверглись полному двустороннему удалению гиппокампа. Это возрастающее вовлечение коры головного мозга в систематизацию и кодирование декларативных воспоминаний называется кортикализацией. Явление известно нам с 1950-х годов, но его механизмы до недавнего времени не были изучены.
Мы с Клаудио Мелло и Константином Павлидесом в 1999 году сформулировали гипотезу о том, что именно сон вызывает кортикализацию воспоминаний. Воспользовавшись последними месяцами работы над докторской диссертацией, в ноябре и декабре на рубеже тысячелетий, я провел эксперименты по измерению экспрессии непосредственно ранних генов во сне у крыс, ранее подвергшихся электрической стимуляции гиппокампа.
Цель опытов состояла в том, чтобы внедрить в гиппокамп искусственную память — «долговременную потенциацию», открытую Лёмо и Блиссом, — и проследить ее путь в мозге в течение последующего сна и бодрствования. Пилотный эксперимент показал: первоначальная экспрессия быстро снижается в гиппокампе и через несколько часов повышается в коре головного мозга.
Мы разработали всеобъемлющий эксперимент, чтобы подкрепить предварительные результаты надежным контролем и достаточным количеством животных для каждой группы, и пришли к выводу, что ежедневные эксперименты необходимо проводить в течение восьми недель подряд. В эти короткие дни снег падал непрерывно, а башни-близнецы Всемирного торгового центра еще стояли.
Я терпеливо работал. Каждый день в конце эксперимента крысу умерщвляли, а ее мозг замораживали при температуре минус 50,6°С для последующего изучения.
Я закончил эксперименты. Мне осталось только сделать очень тонкие срезы и химически их обработать, чтобы выявить уровень экспрессии генов в крысином мозге. Но прежде нужно было написать диссертацию, окончить обучение, опубликовать статьи и провести какое-то время с семьей и друзьями в Бразилии. Так прошел целый год.
Только 1 января 2001 года я, наконец, переехал в Дарем, чтобы начать постдокторантуру в Дюкском университете. Я решил взять лабораторные образцы с собой, в лабораторию моего коллеги и соавтора Эриха Джарвиса, американского нейробиолога. Он был профессором той же кафедры и любезно предложил помощь.
Я уложил десятки замороженных крысиных мозгов в сумку-холодильник, обложил их сухим льдом, обмотал упаковочной лентой и в жуткую метель отправился на такси в аэропорт Ла-Гуардия. Там царил хаос: многие рейсы из-за непогоды отменили и люди спали на полу. Мне организовали пересадку на рейс другой авиакомпании, но взять с собой холодильник в качестве ручной клади было невозможно. Поэтому я сдал ценные лабораторные образцы в багаж и взял посадочный талон. Оставалось только надеяться, что все обойдется.
Но напрасно я до последней сумки стоял в Дареме у багажной карусели. Из-за новогодней снежной суматохи многие пассажиры, как и я, остались без багажа. У стойки авиакомпании я узнал, что мой холодильник в связи с отменой рейсов передали другой авиакомпании. Они пообещали найти мой багаж и доставить его через 12 часов вторым и последним рейсом по этому маршруту.
Я поехал в город, начал обустраиваться, через оговоренное время вернулся в аэропорт, но холодильник в нем так и не появился. Мне пообещали, что он совершенно точно придет на следующий день. Я всю ночь думал о сухом льде и его медленной, но неумолимой сублимации и не мог уснуть. Следующим утром я стоял у стойки регистрации первым. Холодильника не было.
Эта трагическая история длилась трое бесконечных суток. Дважды в день я приезжал в аэропорт, три ночи толком не спал. Мысли о состоянии сухого льда и лабораторных образцов в холодильнике становились все чернее. Я впервые понял, почему в греко-римском мире говорили: сон о навязчивой идее — это бессонница. Все олимпийские боги, вместе взятые, не могли бы мне теперь помочь — катастрофа была неизбежна. Я помолился своим Оришам — божествам йоруба из афробразильских религий — и вверил судьбу мозгов лабораторных крыс воле случая.
На четвертое утро, вбежав в уже опостылевший зал аэропорта, я сразу увидел свой холодильник, облепленный бирками из разных аэропортов. Я был готов к худшему. Судорожно разорвав скотч и открыв крышку, я чуть не упал: мозги были целы, они прекрасно сохранились под приличным слоем сухого льда. Я горячо поблагодарил всех — и живых, и мертвых — за возможность продолжить научную работу.
Результаты исследования представляют собой детально описанный процесс миграции воспоминаний из гиппокампа во время быстрого сна. Нам удалось задокументировать последовательность из трех отдельных волн генной регуляции, наступающих за стимуляцией гиппокампа.
Первая волна начинается в самом гиппокампе через полчаса после стимуляции, достигает областей коры, близких к месту раздражения, длится 3 часа во время бодрствования и заканчивается в первом эпизоде медленного сна.
Вторая волна начинается во время быстрого сна в областях коры, близких к месту стимуляции, распространяется на отдаленные области мозга при последующем пробуждении и завершается в новой фазе медленного сна.
Во время очередного эпизода быстрого сна в разных областях коры начинается третья волна генной регуляции. Где она заканчивается, мы не знаем, потому что на этом эксперимент остановился.
В гиппокампе наблюдалось постепенное снижение экспрессии генов от первой волны к третьей. Области, на несколько синапсов удаленные от места начальной электрической стимуляции, показали противоположный профиль экспрессии генов — ее увеличение по мере распространения волн. Эти результаты обеспечили нас первыми экспериментальными доказательствами того, что быстрый сон может участвовать в передаче воспоминаний из гиппокампа в кору головного мозга посредством волн молекулярной пластичности, которые становятся глубже с каждым циклом сна.
ebooksa