Чем чаще какая-то часть информации повторяется или повторно изучается, тем сильнее становятся нейроны и соединение уподобляется хорошо протоптанной тропинке в лесу. «Частота» и «новизна» – вот ключевые слова. Чем чаще и чем «недавнее» мы узнаем что-то, а затем вспоминаем или используем снова, чем глубже укореняется знание, будь то запоминание маршрута между домом и работой или добавление контакта в список вашего смартфона. В обоих случаях техника обучения зависит от синапса – крошечного пространства, где пакеты информации передаются от одного нейрона к другому через химических посланников.
Чтобы эти нервные связи образовались, обе стороны синапса должны быть «включены», то есть находиться в состоянии возбуждения. Когда интенсивность возбуждающего сигнала превышает определенный уровень, то принимающий нейрон активируется и начинается молекулярный процесс, называемый долговременной потенциацией, с помощью которого укрепляются синапсы и нейронные связи.
РИСУНОК 10. Долговременая потенциация (ДП) – это широко используемая модель «практического эффекта» обучения и памяти. A. Гиппокамп внутри височной доли. B. Активность клеток мозга, зафиксированная в гиппокампальных срезах, взятых у грызунов, показывает изменения в клеточных сигналах после стимуляции. C. Эксперименты с ДП обычно фиксируют повторяющиеся небольшие реакции на стимулы до тех пор, пока не будет дана серия стимулирующих импульсов (это похоже на «практический эффект»). После чего реакции нейронов на первоначальные стимулы усиливаются, как будто они были «запомнены».
Процесс долговременной потенциации, или ДП, это сложный каскад событий, задействующий молекулы, белки и ферменты, который начинается и заканчивается в синапсах.
ДП начинается с главного возбуждающего нейромедиатора, глутаминовой кислоты, которая выделяется на терминал аксона одного нейрона, через синапс, к рецептору на дендрите принимающего нейрона. Глутаминовая кислота напрямую участвует в строительстве более сильных синапсов. Как она это делает? Глутаминовая кислота действует в качестве катализатора и запускает цепную реакцию, которая создает большие по размеру и более сильные синапсы, или связи, в проводящих путях мозга.
Когда глутаминовая кислота активирует рецептор, она заставляет ионы кальция перемещаться вокруг синапса. Кальций, в свою очередь, активирует множество ферментов и молекул и взаимодействует с определенными белками, чтобы изменить их форму и поведение. И это может изменить структуру синапса и нейрона, чтобы сделать их более или менее активными. Кальций может изменить существующие белки очень быстро, от нескольких секунд до нескольких часов, и он также может активировать гены, чтобы создать новые белки – этот процесс занимает от нескольких часов до нескольких дней.
РИСУНОК 11. Новые рецепторы добавляются в синапсы в процессе