وفي عام 2000، حصل عالم الأعصاب الأمريكي إريك كاندل، مع اثنين من زملائه، بول جرينجارد وأرفيد كارلسون، على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب "لاكتشافاتهم المتعلقة بنقل الإشارات في الجهاز العصبي".

في كتاب "البحث عن الذاكرة"، الذي نشرته دار كوربوس باللغة الروسية، يصف كاندل بالتفصيل حياته ومسيرته العلمية المخصصة لدراسة الذاكرة. وكانت اللحظة الأكثر أهمية في هذه المهنة، والتي حددت تطورها لعقود من الزمن، هي اختيار كائن للتجربة.

الكائن الحي المثالي

في نهاية الخمسينيات، كان كاندل لا يزال عالمًا شابًا، وكان مهتمًا أكثر بمسألة الأسس البيولوجية لعملية التعلم والحفظ. لقد كان مقتنعا بأنهم بحاجة إلى دراستهم على مستوى الخلايا الفردية، والعمل مع أبسط أشكال السلوك - ردود الفعل.

استغرق كاندل ستة أشهر للعثور على الكائن الحي المثالي. لم تكن الثدييات مناسبة - كان الجهاز العصبي معقدًا للغاية. كان من الضروري الاختيار من بين اللافقاريات. لكن بينما كان زملاء كاندل يجربون جراد البحر، وجراد البحر، والنحل، والذباب، والديدان، والقواقع، فقد اختار رخويات أبليسيا لنفسه.

تم وصف Aplysia لأول مرة في العصور القديمة، حيث أطلق عليها اسم أرنب البحر (لتشابهها البعيد مع حيوان خجول ذو أذنين).

اعتبر بعض علماء الطبيعة القدماء Aplysia حيوانًا مقدسًا - وقد تأثروا جدًا برد فعلها تجاه التهديد: عندما تشعر بالانزعاج، تفرز Aplysia بكثرة سائلًا أرجوانيًا ساطعًا يشبه الحبر.

بالنسبة لكاندل، كان هذا خيارًا غريزيًا جذريًا. في ذلك الوقت، قام اثنان فقط من علماء الأحياء بدراسة أبليسيا بالتفصيل، وكلاهما يعيش في فرنسا. كان كاندل بحاجة إلى خبرتهم، لذلك اضطر إلى مغادرة المعاهد الوطنية للصحة في الولايات المتحدة، حيث كان يعمل بنجاح في ذلك الوقت، والانتقال إلى قارة أخرى.

لكن القرار كان له ما يبرره. الحقيقة هي أن الجهاز العصبي Aplysia بسيط ويتكون من عدد قليل من الخلايا. علاوة على ذلك، فإن الخلايا كبيرة جدًا - بعضها مرئي حتى بالعين المجردة. وهكذا، يمكن للعالم أن يرسم خريطة للنظام بأكمله من الدوائر العصبية التي تتحكم في شكل أو آخر من أشكال السلوك في الرخويات.

وجد كاندل شيئًا أجرى عليه بحثًا مهمًا في عمليات التعلم وتكوين الذاكرة لسنوات عديدة:

لقد اتضح أن العمل مع Aplysia ككائن تجريبي ليس مفيدًا فحسب، بل إنه ممتع أيضًا. علاقتي مع Aplysia، التي بدأت كشغف ولد من الأمل في العثور على حيوان مناسب للبحث، تطورت إلى علاقة جدية.

سنتحدث في هذه المقالة عن الاكتشافات الرئيسية والتأكيدات التجريبية للنظريات الفسيولوجية العصبية التي تم إجراؤها من خلال دراسة أبليسيا.

حتى أبسط أشكال السلوك تتغير تحت تأثير التدريب

يمكن اعتبار كانديل من أتباع عالم الفسيولوجي الروسي الشهير إيفان بتروفيتش بافلوف. كانت تجاربه الأولى مع Aplysia مشابهة لتجارب بافلوف - فبمساعدة المحفزات الحسية الاصطناعية، حقق كاندل تغييرات سلوكية من الرخويات. والفرق الوحيد هو أن سلوك الثدييات، حتى المنعكس، أكثر تعقيدًا بكثير من سلوك الرخويات - وعلى كائن حي بسيط، كان كاندل قادرًا على إظهار أن التغييرات في السلوك تحدث على مستوى الروابط العصبية الفردية.

تتنفس Aplysia باستخدام الخياشيم وتسحبها بشكل انعكاسي لحمايتها. في جميع Aplysias، نفس الخلايا العصبية هي المسؤولة عن ذلك. يبدو أن مثل هذا السلوك البسيط هو نفسه دائمًا في الكائن الحي السليم. لكن اتضح أن الأمر ليس كذلك:

مع اللمسات المتكررة لسطح جلد الرخويات، تنخفض سعة منعكس تراجع الخياشيم تدريجيًا، ويضعف الاتصال بين الخلايا العصبية المشاركة في المنعكس - وهذا هو التأثير مدمن;

في حالة الصدمات الكهربائية التي تسبب زيادة الحساسية ( التوعية) في الرخويات، تم تكثيف منعكس تراجع الخياشيم، كما زاد الاتصال بين الخلايا العصبية؛

اللمسات المتناوبة والصدمات الكهربائية (تهيجات ضعيفة وقوية)، تأكد كاندل من أن Aplysia كان لها ارتباط بين الاثنين - بدأ الرخويات في سحب خياشيمه بقوة حتى مع تهيج خفيف - وهذا كلاسيكي منعكس مشروط.

تتحد الخلايا العصبية Aplysia في تسع عقد عصبية - العقد. تحدث التفاعلات المرتبطة بمنعكس تراجع الخياشيم في العقدة البطنية الكبيرة

ماذا يعني هذا؟ لدى الرخويات نظائر سلوكية بسيطة للسلوكيات المعقدة التي تميز التعلم في الثدييات، بما في ذلك البشر. أبليسيا تذكرت تجربتي، وعمل منعكس تراجع الخياشيم الخاص بها بشكل مختلف اعتمادًا على التحفيز السابق.

التعلم والذاكرة عبارة عن تغييرات في الاتصالات بين الخلايا العصبية

كيف يعمل منعكس تراجع الخياشيم في الرخويات؟ بفضل البنية البسيطة لـ Aplysia، تمكن كاندل من فهم آلية هذا التفاعل. اتضح أن نوعين مختلفين من الخلايا العصبية مسؤولون عنها - الخلايا العصبية الحسية، التي تنشأ فيها إمكانات الفعل عند التحفيز، والخلايا العصبية الحركية، التي تنشأ فيها إمكانات الاستجابة، مما يؤدي إلى تراجع الخياشيم.

نتيجة للتعود على التحفيز أو، على العكس من ذلك، زيادة الحساسية، تغير الاتصال بين الخلايا العصبية الحسية والخلايا العصبية الحركية - انخفضت كفاءة نقل الإشارة بينهما أو زادت.

إن عملية التعلم في الكائنات الحية لا تتم في أي خلية عصبية محددة، بل ضمن اتصال مستقر بين خليتين عصبيتين. ويسمى هذا الاتصال، اتصال الخلايا العصبية تشابك عصبى.

في أبسط أشكاله، يختار التعلم من مجموعة واسعة من الروابط المحددة مسبقًا ويعدل قوة مجموعة فرعية محددة من تلك الروابط.

إريك كاندل، عالم أعصاب، حائز على جائزة نوبل

تلخيصًا لنتائج التجارب الأولى مع Aplysia في مقال صحفي، أكد كاندل على أن استخدام طرق تطوير ردود الفعل المشروطة يمكن أن يجعل من الممكن دراسة أشكال أكثر تعقيدًا لتغيير السلوك. وتبين أنه على حق.

التعلم يؤدي إلى تغيرات فسيولوجية في الجهاز العصبي

تنقسم ذاكرتنا إلى قصيرة المدى وطويلة المدى. الأول له حجم صغير إلى حد ما - وهذا ما أدركناه في آخر نصف دقيقة، على سبيل المثال، ثم نسيناه بسهولة. ما نتذكره يتم تخزينه في الذاكرة طويلة المدى، حيث يتم تصنيع بروتين جديد في الدماغ.

ولكن، كما اتضح، لا يتعلق الأمر بالبروتين فقط. أظهرت التجارب التي أجريت على Aplysia أنه أثناء عملية التعلم يتغير عدد الوصلات العصبية في الجهاز العصبي.

عندما تتشكل الذاكرة طويلة المدى، تنمو الخلايا العصبية نهايات جديدة، وتكتسب اتصالات جديدة، وتقوي الروابط القديمة. وإذا جعلت الجهاز العصبي يسبب الإدمان بشكل متكرر، فإن الخلايا العصبية، على العكس من ذلك، تسحب النهايات الموجودة، وتصبح اتصالاتها غير نشطة.

وبالتالي فإن التعلم يؤدي إلى تغيرات فسيولوجية دائمة في الجهاز العصبي. باستخدام مثال Aplysia، بدا الأمر كما يلي: أثناء التجربة، تعلمت الرخويات أن تتفاعل بشكل مكثف مع لمسات من نفس القوة، وإذا كانت في البداية تراجعت فقط عن الخياشيم، فقد بدأت الآن أيضًا في إطلاق الحبر.

وهذا يعني أنه تحت تأثير التهيج، زاد اتصال الخلايا العصبية الحسية ليس فقط مع الخلايا العصبية الحركية المسؤولة عن الخياشيم، ولكن أيضًا مع الخلايا العصبية الحركية لغدة الحبر. نظرًا لأن Aplysia كانت لديها ذاكرة رد فعل معزز للمس، بدأت الخلية العصبية الحسية مع التهيج التالي في إعطاء إشارة معززة لاثنين من الخلايا العصبية الحركية في وقت واحد - وبدأ الحيوان يتصرف بشكل مختلف.

في التسعينات، أجريت تجارب وثقت التغيرات الدائمة في القشرة الحسية الجسدية نتيجة للتعلم، أولا في القرود ثم في البشر.

على وجه الخصوص، وجد أنه لدى عازفي الكمان وعازفي التشيلو، تبلغ مساحة القشرة المسؤولة عن أصابع اليد اليسرى التي يقرصون بها الأوتار ضعف حجمها في دماغ غير الموسيقي. بالإضافة إلى ذلك، فإن أولئك الذين يعزفون على الأوتار منذ الطفولة لديهم تطور أفضل في هذه المنطقة من أولئك الذين بدأوا العزف على الأوتار في مرحلة المراهقة وما بعدها - أدمغتنا أكثر مرونة في مرحلة الطفولة. بالمناسبة، المنطقة المسؤولة عن أصابع اليد اليمنى لا تتطور بهذه الطريقة، لأنها تؤدي وظيفة أبسط - عقد القوس.

تساعد الناقلات العصبية على تكوين الذكريات

ووفقا لكاندل، فإنه وزملاؤه، من خلال دراسة أبليسيا على مستوى الاتصالات المشبكية، لم يكونوا سوى "يمهدون الطريق عبر الدوائر الخارجية للمتاهة العلمية". وكانت المهمة الجديدة للعالم هي تحديد كيفية حدوث هذه التغييرات المتشابكة على المستوى الجزيئي.

ولسوء الحظ، فإن شكل هذه المقالة القصيرة لا يسمح لنا بشرح نتائج الدراسة بالتفصيل. حتى الوصف التخطيطي لآلية الحفظ يبدو صعبًا:

في الواقع، كان هذا المخطط بمثابة الوتر الأخير، وبعدها أصبحت مسألة منح جائزة نوبل لكاندل وزملائه بمثابة صفقة محسومة.

للتبسيط إلى حد كبير، يمكننا أن نقول أنه بفضل التجارب الجديدة، تم اكتشاف مشارك ثالث في عملية تكوين الذاكرة - interneuron التعديلي. يسلط الضوء السيروتونين- ناقل عصبي معروف باسم "هرمون السعادة" لتأثيره المهدئ على مناطق الدماغ. يحتوي Aplysia أيضًا على السيروتونين ، وبمساعدته يتم تعزيز الاتصال المتشابك بين الخلايا العصبية الحسية والحركية ، وهو ما تحدثنا عنه سابقًا.

بقية المخطط على المستوى الجزيئي تقريبًا على النحو التالي. نهاية الخلية العصبية الحسية تنتج مادة إشارة تنشط البروتين التنظيمي - بروتين كيناز أ. هذا البروتين يخلق الظروف المناسبة لإطلاق ناقل عصبي آخر - الغلوتاماتوالتي لها تأثير محفز في دماغنا. بينما يكون رد الفعل هذا نشطًا، فإننا (مثل عزيزتي Aplysia) نختبر تأثيرًا للذاكرة قصيرة المدى.

عندما يتكرر التفاعل باستمرار (على سبيل المثال، التهيج المستمر في Aplysia)، يصبح بروتين كيناز A وفيرًا للغاية ويتغلغل في نواة الخلية العصبية الحسية. وبذلك يتم تنشيط العنصر الأخير المهم في تكوين الذاكرة - بروتين كريب. ينظم هذا البروتين التعبير الجيني ويغير بنية الخلايا العصبية على المستوى الجيني. وهذا هو المكان الذي يحدث فيه نمو نهايات عصبية جديدة، مما يضمن حدوث تغييرات في السلوك والذاكرة طويلة المدى.

وخلال التجارب، قام العلماء بمنع عمل بروتين CREB، وهذا وحده كان كافيا لمنع تكوين الذاكرة طويلة المدى، بينما عملت الذاكرة قصيرة المدى كما كان من قبل.

تعتبر الصدمات المتكررة تجربة مهمة بالنسبة لـ Aplysia، تمامًا كما يمكن أن يكون تعلم العزف على البيانو أو تصريف الأفعال الفرنسية تجربة مهمة بالنسبة لنا: التكرار هو أم التعلم لأنه ضروري للذاكرة طويلة المدى.

إريك كاندل، عالم أعصاب، حائز على جائزة نوبل

ويؤكد كاندل بالطبع أن هناك استثناءات كثيرة لهذا المبدأ. على سبيل المثال، تتيح لك تجربة مؤلمة أو عاطفية غير عادية تجاوز النمط المعتاد وتسجيل الصورة الكاملة للذكريات بسرعة.

سر: يحدث هذا لأن الجسم لديه بروتينات تعمل على إيقاف آليات قمع التعبير الجيني وتسمح بحدوث تغييرات جينية بشكل أسرع. ولكن ربما المزيد عن هذا في المرة القادمة.

إريك كاندل

بحثاً عن الذاكرة

ظهور علم جديد للنفسية البشرية

مقدمة

إن فهم الطبيعة البيولوجية للنفسية البشرية هو المهمة الأساسية للعلم في القرن الحادي والعشرين. نسعى لفهم الطبيعة البيولوجية للإدراك والتعلم والذاكرة والتفكير والوعي وحدود الإرادة الحرة. قبل بضعة عقود فقط، بدا من غير المتصور أن تتاح لعلماء الأحياء الفرصة لدراسة هذه الظواهر. حتى منتصف القرن العشرين، لم يكن من الممكن أن تؤخذ على محمل الجد فكرة أن أعمق أسرار النفس البشرية، وهو نظام الظواهر الأكثر تعقيدًا في الكون، يمكن الوصول إليه من خلال التحليل البيولوجي، وربما حتى على المستوى الجزيئي.

لقد جعل التقدم المذهل في علم الأحياء على مدى الخمسين عامًا الماضية هذا ممكنًا. أحدث اكتشاف جيمس واتسون وفرانسيس كريك لبنية الحمض النووي في عام 1953 ثورة في علم الأحياء من خلال توفير أساس عقلاني لدراسة كيفية تحكم المعلومات المكتوبة في الجينات في عمل الخلايا. جعل هذا الاكتشاف من الممكن فهم المبادئ الأساسية لتنظيم الجينات - كيف تضمن الجينات تخليق البروتينات التي تحدد عمل الخلايا، وكيف يتم تشغيل وإيقاف الجينات والبروتينات أثناء تطور الكائن الحي، وتحديد بنيته. ومع هذه الإنجازات الرائعة التي خلفناها، احتل علم الأحياء، إلى جانب الفيزياء والكيمياء، مكانة مركزية في كوكبة العلوم الطبيعية.

مسلحًا بالمعرفة والثقة الجديدة، اندفع علم الأحياء نحو هدفه الأسمى - فهم الطبيعة البيولوجية للنفسية البشرية. إن العمل في هذا الاتجاه، الذي اعتبر لفترة طويلة غير علمي، يجري على قدم وساق بالفعل. علاوة على ذلك، عندما يراجع مؤرخو العلوم العقدين الأخيرين من القرن العشرين، فمن المرجح أن يلاحظوا حقيقة مدهشة: إن الاكتشافات الأكثر قيمة في ذلك الوقت حول النفس البشرية لم تأت من التخصصات التي تعمل تقليديًا في هذا المجال، مثل الفلسفة أو علم النفس أو التحليل النفسي. لقد أصبح ذلك ممكنًا بفضل دمج هذه التخصصات مع بيولوجيا الدماغ، وهو نظام اصطناعي جديد ازدهر بفضل الإنجازات الرائعة للبيولوجيا الجزيئية. وكانت النتيجة ظهور علم نفسي جديد، يسخر قوة البيولوجيا الجزيئية لاستكشاف أسرار الحياة العظيمة.

يعتمد العلم الجديد على خمسة مبادئ. الأول هو أن نفسيتنا لا يمكن فصلها عن الدماغ. الدماغ هو عضو بيولوجي معقد يعتمد على العمليات الحسابية العالية، فهو يولد الأحاسيس، وينظم الأفكار والمشاعر، ويتحكم في الأفعال. إن الدماغ مسؤول ليس فقط عن الأشكال البسيطة نسبياً من السلوك الحركي، مثل الجري أو الأكل، بل أيضاً عن تلك الأفعال المعقدة التي نرى فيها جوهر الطبيعة البشرية: التفكير، أو التحدث، أو إنشاء أعمال فنية. وفي هذا الجانب تظهر النفس البشرية كنظام من العمليات التي يؤديها الدماغ، بنفس الطريقة تقريبًا التي يكون فيها المشي نظامًا من العمليات التي تؤديها الأرجل، فقط في حالة الدماغ يكون النظام أكثر تعقيدًا.

المبدأ الثاني هو أن كل وظيفة عقلية للدماغ، من أبسط ردود الفعل إلى أكثر أشكال النشاط الإبداعي في مجالات اللغة والموسيقى والفنون البصرية، يتم تنفيذها بواسطة دوائر عصبية متخصصة تعمل في أجزاء مختلفة من الدماغ. لذلك، من الأفضل الإشارة إلى بيولوجيا النفس البشرية بمصطلح بيولوجيا العقل، الذي يشير إلى نظام العمليات العقلية التي تؤديها هذه الدوائر، بدلاً من مصطلح بيولوجيا العقل، الذي يوحي بموقع معين لنفسيتنا ويوحي بأن لدينا مكان معين في الدماغ تتم فيه جميع العمليات العقلية.

المبدأ الثالث: كل هذه السلاسل تتكون من نفس وحدات الإشارة الأولية - الخلايا العصبية (الخلايا العصبية). رابعاً: تستخدم الدوائر العصبية جزيئات من مواد خاصة لتوليد الإشارات داخل الخلايا العصبية ونقلها بين الخلايا. والمبدأ الأخير: يتم الحفاظ على جزيئات الإشارة المحددة هذه تطوريًا، أي أنها تظل دون تغيير على مدى ملايين السنين من التطور. كان بعضها موجودًا في خلايا أسلافنا القدماء ويمكن العثور عليه اليوم في أقربائنا البعيدين والبدائيين من الناحية التطورية - الكائنات الحية وحيدة الخلية مثل البكتيريا والخميرة، والكائنات الحية البسيطة متعددة الخلايا مثل الديدان والذباب والقواقع. وللمناورة بنجاح في بيئتها، تستخدم هذه المخلوقات جزيئات من نفس المواد التي نستخدمها لإدارة حياتها اليومية والتكيف مع بيئتها.

وهكذا فإن علم العقل الجديد لا يفتح لنا الطريق لفهم أنفسنا فحسب (كيف ندرك ونتعلم ونتذكر ونشعر ونتصرف)، بل يمنحنا أيضًا الفرصة لإلقاء نظرة جديدة على أنفسنا في سياق علمنا البيولوجي. تطور. إنه يتيح لنا أن نفهم أن النفس البشرية قد تطورت على أساس المواد التي استخدمها أسلافنا البدائيون، وأن المحافظة غير العادية للآليات الجزيئية التي تنظم عمليات الحياة المختلفة هي أيضًا سمة من سمات نفسيتنا.

ونظرًا لما يمكن أن تفعله البيولوجيا العقلية لرفاهيتنا الشخصية والاجتماعية، فإن المجتمع العلمي الآن مجمع على أن هذا النظام سيكون للقرن الحادي والعشرين ما كانت عليه بيولوجيا الجين في القرن العشرين.

بالإضافة إلى معالجة الأسئلة الرئيسية التي شغلت عقول المفكرين الغربيين منذ أن بدأ سقراط وأفلاطون في التكهن حول طبيعة العمليات العقلية قبل أكثر من ألفي عام، فإن العلم العقلي الجديد يفتح أيضًا إمكانية الفهم العملي للقضايا التي تهم حياتنا اليومية والقضايا المتعلقة بالنفسية. لم يعد العلم حكراً على العلماء. الآن هو جزء لا يتجزأ من الحياة والثقافة الحديثة. تنقل وسائل الإعلام كل يوم تقريبًا معلومات ذات طبيعة خاصة يصعب على عامة الناس فهمها. يقرأ الناس عن فقدان الذاكرة الناجم عن مرض الزهايمر وعن ما يسمى بفقدان الذاكرة المرتبط بالعمر، ويحاولون، دون جدوى في كثير من الأحيان، فهم الفرق بين هذين الاضطرابين، الأول منهما تقدمي لا محالة ويؤدي إلى الوفاة، والثاني هو مرض خفيف نسبيا. يسمعون عن أدوية منشط الذهن، لكن ليس لديهم أدنى فكرة عما يمكن توقعه منهم. ويقال لهم إن الجينات تؤثر على السلوك وأن الاضطرابات في هذه الجينات تسبب أمراضًا عقلية واضطرابات عصبية، لكن لا يتم إخبارهم كيف يحدث ذلك. وأخيرًا، قرأ الناس أن الاختلافات في القدرات المرتبطة بالجنس تؤثر على التعليم والمهنة للرجال والنساء. هل هذا يعني أن عقل المرأة يختلف عن عقل الرجل؟

ارفيد كارلسون.

بول جرينجارد.

إريك كاندل.

هيكل اللوحة المتشابكة - الاتصال بين خليتين عصبيتين.

يتكون الجهاز العصبي لرخوي Aplysia من 20 ألف خلية عصبية فقط، لذا فهو مناسب لدراسة عمليات الذاكرة.

منحت جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب لعام 2000 إلى السويدي ارفيد كارلسونوالأميركيين بول جرينجاردو إريك كاندل.لقد مكّن عملهم من فهم كيفية انتقال الإشارات في الجهاز العصبي من خلية عصبية إلى أخرى. تحدث هذه العملية في نقاط الاتصال الخاصة بهم - ما يسمى بالمشابك العصبية. تنتهي العملية الطويلة لخلية عصبية واحدة على جسم خلية عصبية أخرى بامتداد - لوحة يتم فيها إنتاج المواد الوسيطة باستمرار. عندما تصل إشارة عصبية على طول العملية، يتم إطلاق هذه المواد المتراكمة في الحويصلات المجهرية في الفجوة بين اللويحة والخلايا العصبية المستقبلة، وتفتح القنوات للأيونات في غشاء الأخير. يبدأ تدفق الأيونات بين داخل الخلية العصبية والبيئة، وهو جوهر السيالة العصبية.

اكتشف أرفيد كارلسون، الذي يعمل في قسم علم الأدوية بجامعة جوتنبرج، أن الدوبامين هو وسيط مهم لوظيفة الدماغ (قبل بحثه، كان يعتقد أن الدوبامين يستخدم في الجسم فقط كمنتج شبه نهائي لإنتاجه). وسيط معروف آخر - النورإبينفرين). وقد مكّن هذا الاكتشاف من تطوير أدوية لعلاج الأمراض العصبية المرتبطة بعدم كفاية إنتاج الدوبامين في الدماغ، مثل مرض باركنسون.

كشف بول جرينجارد، زميل جامعة روكفلر في نيويورك، عن تفاصيل عملية نقل النبض العصبي عبر المشبك العصبي باستخدام وسطاء. وأظهر أن الدوبامين، الذي يدخل في الشق التشابكي، يؤدي إلى زيادة في تركيز وسيط آخر - أحادي فوسفات الأدينوزين الحلقي، وهذا بدوره ينشط إنزيمًا خاصًا تتمثل مهمته في ربط مجموعات الفوسفات بجزيئات بروتينات معينة ( البروتينات الفسفورية). يتم سد القنوات الأيونية في غشاء العصبون بسدادات مصنوعة من بروتين خاص. وعندما يلتصق الفوسفات بجزيئات هذا البروتين، يتغير شكلها وتظهر ثقوب في السدادات، مما يسمح للأيونات بالحركة. اتضح أن العديد من العمليات الأخرى في الخلية العصبية يتم التحكم فيها بدقة من خلال الفسفرة وإزالة الفسفرة من البروتينات.

اكتشف إريك كاندل، وهو مواطن نمساوي يعمل في جامعة كولومبيا (الولايات المتحدة الأمريكية)، يدرس ذاكرة الرخويات البحرية الاستوائية أبليسيا، أن الآلية التي اكتشفها جرينجارد لفسفرة البروتينات التي تتحكم في حركة الأيونات عبر الغشاء تشارك أيضًا في تشكيل الذاكرة. بعد ذلك، أظهر كاندل أن الذاكرة قصيرة المدى تعتمد على التغير في شكل البروتينات عند إضافة الفوسفات، والذاكرة طويلة المدى تعتمد على تخليق بروتينات جديدة. أنشأ إريك كاندل مؤخرًا شركة أدوية ستعمل، بناءً على اكتشافاته، على تطوير أدوية تعمل على تحسين الذاكرة.

حول الحائزين على جائزة نوبل في الفيزياء - Zh I. Alferov، T. Kroemer وD.-S. كيلبي - يمكن قراءته في مجلة "العلم والحياة" العدد 12 عام 2000.

إريك ريتشارد كاندل

ولد والدا إريك على أراضي أوكرانيا الحديثة: والدته في كولوميا، ووالده في بلدة أوليشكو (بالقرب من لفوف). تزوج والدا إريك في عام 1923. كان لوالدي في ذلك الوقت متجر ألعاب خاص به. ولكن في مارس 1938، بعد ضم ألمانيا للنمسا، تمت مصادرة الممتلكات اليهودية - ولم يكن متجر هيرمان كاندل، والد إريك، استثناءً.

في سن التاسعة، كان من المقرر أن يعبر إريك وشقيقه لودفيج البالغ من العمر أربعة عشر عامًا المحيط الأطلسي بأنفسهما. في ربيع عام 1939 أبحروا على متن السفينة جيرولشتاين من أنتويرب. في 11 مايو، وصل الأخوان إلى بروكلين لزيارة عمهما. وفي وقت لاحق، نجح آباؤهم أيضًا في الوصول إلى الولايات المتحدة.

بفضل جهود جده، تعرف إريك على جميع التقاليد اليهودية، لذلك تم قبوله في مدرسة فلاتبوش الدينية دون أي مشاكل، وتخرج منها عام 1944. التحق لاحقًا بمدرسة إيراسموس هول حيث تلقى تعليمه الثانوي. أثناء وجوده في قاعة إيراسموس، عمل كانديل كاتب عمود رياضي في صحيفة المدرسة. تلقى تعليمه العالي في جامعة هارفارد. في عام 1952 بدأ الدراسة في كلية الطب بجامعة نيويورك. أثناء الدراسة، التقى بزوجته المستقبلية، دينيس بيسترين. خلال هذا الوقت، أجرى أيضًا أبحاثًا في مختبر هاري جروندفيست بجامعة كولومبيا. في عام 1962 ذهب إلى باريس لدراسة الرخويات Aplysia ( أبليسيا كاليفورنيا). وهذا ما حدد مصيره في المستقبل.

وباستخدام الجهاز العصبي للرخويات البحرية Aplysia كنموذج، اكتشف أن التغيرات في النشاط التشابكي أساسية لآلية الذاكرة. يلعب فسفرة البروتين في المشبك دورًا مهمًا في تكوين الذاكرة قصيرة المدى. يتطلب تكوين الذاكرة طويلة المدى أيضًا تحولات في تخليق البروتين، مما يؤدي إلى تغيرات في شكل ووظيفة المشبك العصبي. عندما يتم تحفيز كلا العصبونين في مشبك عصبي معين، تبدأ التغييرات في الشق التشابكي بالحدوث، والتي في حد ذاتها لا تثبت ارتباطها بالذاكرة قصيرة المدى، على الرغم من أنها تؤثر على مرور الإشارة عبر المشبك. إذا تم الحفاظ على الصورة في الذاكرة بمساعدة ردود الفعل الإيجابية - الإثارة الذاتية، فإن التغييرات في المشبك العصبي يمكن بالطبع قطع الاتصال وإطفاء هذه الصورة، ولكن ليس العكس.

بدأ إريك كاندل لأول مرة في دراسة آليات تكوين الذاكرة في الثدييات، ولكن تبين أن نظامها العصبي يصعب عليه فهم العمليات الأساسية للذاكرة. قرر العالم استخدام نموذج تجريبي أبسط - الجهاز العصبي Aplysia، الذي يتكون من 20000 خلية عصبية، الكثير منها كبير (يصل إلى 1 ملم).

أثبت إريك كاندل أنه في أبليسيا، يتم "تمركز" الذاكرة القصيرة والطويلة المدى في المشبك العصبي، وفي التسعينيات أجرى دراسات مماثلة على الفئران. وتمكن العالم من إثبات أن نفس النوع من تكوين الذاكرة الذي تم اكتشافه في الرخويات موجود أيضًا في الثدييات.

اكتشف إريك كاندل آليات ذاكرة مماثلة لدى البشر. يمكننا القول أن الذاكرة البشرية "متمركزة في المشابك العصبية" وأن التغييرات في وظيفة المشابك العصبية أساسية في عملية تكوين أنواع مختلفة من الذاكرة. من الأفضل أن نقول أن الذاكرة ليست موضعية في المشبك نفسه، ولكن يتم تحديدها من خلال موصلية هذا المشبك. على الرغم من أن الطريق إلى فهم المجمع المعقد لعملية الذاكرة لا يزال طويلا، إلا أن نتائج بحث إريك كاندل أصبحت الأساس لمزيد من البحث العلمي.

في عام 2000، حصل إريك كاندل، مع أرفيد كارلسون وبول جرينجارد، على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب "لاكتشافاتهم المتعلقة بنقل الإشارات في الجهاز العصبي".