Время от времени, после бокала-другого вина, Стив пускался в откровенные разговоры о высшей нервной деятельности, обучении и памяти, но он говорил мне, что на трезвую голову эти проблемы казались ему слишком сложными, чтобы браться за их изучение на клеточном уровне. Ему также казалось, по-моему, напрасно, что он маловато знает о поведении и изучать поведение ему не с руки.
В этом вопросе мы с Олденом и Джимми расходились с Куффяером. Нас не так сдерживала неизвестность, мы находили заманчивыми саму неисследованность этого белого пятна и важность связанных с ним проблем. Поэтому мы предложили новому отделению Нью-Йоркского университета заняться тем, как нервная система обеспечивает поведение и как поведение изменяется под действием обучения. Мы хотели добиться слияния клеточной нейробиологии и науки о простых формах поведения.
В 1967 году мы с Олденом анонсировали это направление в большой обзорной работе, озаглавленной «Клеточные нейрофизиологические подходы в исследовании обучения». В этом обзоре мы подчеркивали, как важно выяснить, что же происходит на уровне синапсов, когда поведение видоизменяется в результате обучения. Мы отмечали, что следующим принципиальным шагом будет пойти дальше аналогов обучения и связать синаптические изменения в нейронах и нейронных системах с реальными примерами обучения и работы памяти. Мы наметили основы подхода к решению этой задачи на клеточном уровне и обсудили сильные и слабые стороны разнообразных простых объектов, подходящих для таких исследований, — моллюсков, червей и насекомых, а также рыб и других простых позвоночных. У всех этих животных есть формы поведения, которые в принципе должны были видоизмениться в ходе обучения, хотя такие изменения еще не были продемонстрированы на примере аплизии. Мы были уверены, что после того, как будут намечены нейронные сети, обеспечивающие эти формы поведения, станет ясно, где именно происходят изменения, вызываемые обучением. Тогда у нас появится возможность использовать весьма эффективные методы клеточной нейрофизиологии для исследования природы этих изменений.
В то время, когда мы с Олденом писали обзор, я уже переходил не только из Гарварда в Нью-Йоркский университет, но и от клеточной нейробиологии синаптической пластичности к клеточной нейробиологии поведения и обучения.
Эффект, произведенный нашим обзором (возможно, самым влиятельным из всех, в написании которых я принял участие), ощущается по сей день. Он вдохновил ряд ученых на применение редукционистского подхода в исследованиях обучения и памяти, и повсюду пошли в ход простые экспериментальные объекты таких исследований — пиявки, слизень Umax, морские брюхоногие моллюски Tritonia и Hermissenda, медоносная пчела, тараканы, раки и омары. Работы подтверждали идею, впервые выдвинутую этологами, изучавшими поведение животных в их естественной среде. Согласно этой идее, механизмы обучения эволюционно консервативны, потому что необходимы для выживания. Животному нужно научиться отличать жертв от хищников, полезную пищу от вредной и удобные и безопасные укрытия от тесных и опасных.
Наши идеи оказали влияние и на нейробиологию позвоночных. Пер Андерсен, в лаборатории которого в 1973 году были проведены первые современные исследования синаптической пластичности в головном мозгу млекопитающих, писал: «Повлияли ли эти идеи на ученых, работавших в данной области до 1973 года? Для меня ответ очевиден».
Наш с Олденом обзор убедил Дэвида Коэна (с которым у нас было дружеское соперничество и который впоследствии перешел к нам в Колумбийский университет, где занял должность вице-президента по делам искусств и наук) в ценности простых экспериментальных систем. Поскольку Коэн был приверженцем изучения позвоночных, он обратился к голубям — любимым подопытным животным Скиннера. Но Скиннер игнорировал мозг, а Коэн сосредоточился на управляемых мозгом изменениях частоты сердцебиения, вызываемых сенсибилизацией и выработкой классических условных рефлексов.
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).