Наконец, я попытался имитировать выработку классического условного рефлекса отвращения. При ней животное обучается ассоциировать неприятный раздражитель, например электрический удар, с раздражителем, который обычно не вызывает никакой реакции. При этом нейтральный раздражитель должен всегда предшествовать отрицательному. Так, Павлов использовал в качестве отрицательного раздражителя электрический удар, действующий на лапу собаки. Этот удар заставлял собаку поднимать лапу, отдергивая ее (реакция страха). Павлов обнаружил, что после нескольких испытаний, в ходе которых электрический удар сочетался со звоном колокольчика (вначале звенел колокольчик, а затем происходил удар током), собака начинала отдергивать лапу всякий раз, когда звучал колокольчик, даже если за этим не следовало электрического удара. Таким образом, классический условный рефлекс отвращения представляет собой ассоциативную форму выученного страха (рис. 11–2).
Классический условный рефлекс отвращения напоминает сенсибилизацию тем, что активность в одном сенсорном проводящем пути увеличивает активность в другом, но имеются и отличия. Во-первых, при выработке условного рефлекса возникает ассоциация между двумя раздражителями, действующими один за другим. Во-вторых, условный рефлекс увеличивает защитную реакцию животного в ответ лишь на определенный нейтральный раздражитель, а не на все внешние раздражители, как это происходит при сенсибилизации.
Поэтому в своих экспериментах с выработкой классического условного рефлекса отвращения у аплизии я неоднократно производил подряд слабую стимуляцию одного проводящего пути и сильную — другого. Слабая предшествовала сильной и играла роль предупреждения. Действие той и другой стимуляции в сочетании существенно увеличивало реакцию клетки на слабый стимул. Более того, эта увеличенная реакция была намного сильнее, чем увеличенная реакция клетки на слабый стимул в экспериментах с сенсибилизацией (рис. 11–2). Степень ее увеличения принципиально зависела от времени слабой стимуляции, которая должна была неизменно предшествовать сильной, позволяя ее предсказывать.
Эти эксперименты подтвердили то, что я и предполагал, а именно: степень воздействия на определенный нейрон других нейронов может меняться в зависимости от характера стимуляции, имитирующей характер активации нейронов, обеспечивающей обучение в опытах с поведением. Эти эксперименты наглядно показали, что синаптическая сила не является постоянной величиной: она может по-разному меняться под действием активности разного характера. Конкретнее — нейронные аналоги сенсибилизации и выработки классического условного рефлекса отвращения усиливали синаптическую связь, а аналог привыкания ее ослаблял.
Таким образом, мы с Тауцем открыли два важных принципа. Во-первых, силу синаптической связи между нейронами можно изменять на многие минуты с помощью стимуляции разного характера, соответствующего действию раздражителей в конкретных поведенческих экспериментах с обучением животных. Во-вторых, что еще примечательнее, с помощью разных стимуляций можно как усиливать, так и ослаблять одни и те же синапсы. Вдохновленные этими открытиями, мы писали в своей статье, опубликованной в Journal of Physiology: «Тот факт, что связи между нервными клетками можно усиливать на полчаса и более в эксперименте, имитирующем обучение в рамках парадигмы условного рефлекса, заставляет нас также предположить, что аналогичные изменения синаптической силы могут лежать в основе некоторых простых форм запоминания информации у интактных [22] животных».
Особенно сильное впечатление произвело на нас то как легко можно было менять силу синапсов с помощью стимуляции разного характера. Это заставляло предположить, что синаптическая пластичность встроена в саму природу химического синапса, в его молекулярное устройство. В самом широком смысле это заставляло предположить что потоки информации, передаваемой по разным нейронным цепям в мозгу, могут видоизменяться в ходе обучения. Мы не знали, является ли синаптическая пластичность элементом настоящего обучения у интактных животных, влияющего на их поведение, но наши результаты говорили о том, что эту возможность определенно стоит исследовать.
Выяснялось, что работа с аплизией в качестве экспериментального объекта не только удивительно информативна, но и доставляет массу удовольствия. Мои отношения с аплизией, которые начались со страстного увлечения, порожденного надеждой найти подходящее для исследований животное, перерастали в серьезную связь. Кроме того, благодаря большому размеру клеток аплизии (особенно гигантской R2, которая достигает 1 мм в диаметре и видна невооруженным глазом) технически эти эксперименты были намного проще, чем суровые опыты с гиппокампом.
Усилий эти эксперименты тоже требовали намного меньших. Поскольку такая гигантская клетка почти не повреждается, когда в нее вводят крошечный электрод, потенциал на мембране R2 можно без труда регистрировать от пяти до десяти часов. Иногда я ходил обедать и, вернувшись, находил клетку по-прежнему в добром здравии, терпеливо ожидающей продолжения эксперимента с того, на чем мы остановились. Сравнение бессонных ночей, которые мы с Олденом проводили за работой, чтобы изредка от десяти до тридцати минут регистрировать потенциал пирамидальных клеток гиппокампа, с условиями этих экспериментов было явно в пользу последних. Эксперимент с клетками аплизии обычно занимал от шести до восьми часов, что делало эту работу очень приятной и интересной.
Приподнятое настроение, в которое меня привел этот период «общения» с аплизией, заставило вспомнить историю, рассказанную мне Бернардом Кацем о великом физиологе Арчибальде Хилле — его наставнике в Университетском колледже Лондона. В 1924 году, когда Хилл впервые приехал в Соединенные Штаты, вскоре после того, как он в возрасте тридцати шести лет получил Нобелевскую премию за свои исследования механизма сокращения мышц, он выступал на научной конференции с докладом на эту тему. В конце его доклада один человек преклонных лет встал и задал Хиллу вопрос о практической пользе результатов его исследований.
Хилл ненадолго задумался, стоит ли перечислять те многочисленные случаи, в которых результаты экспериментов, поставленных исключительно для удовлетворения научного любопытства, принесли огромную пользу человечеству, а потом повернулся к задавшему вопрос и сказал ему с улыбкой: «По правде говоря, сэр, мы это делаем не ради пользы. Нам это просто нравится».
Для меня лично эти исследования имели огромное значение, потому что укрепили мою веру в себя как независимого ученого. Когда я только приехал в Париж и рассказывал другим постдокам об обучении и его нейронных аналогах, они слушали меня вполуха. В 1962 году разговаривать об обучении с большинством людей, занимавшихся клеточной нейробиологией, было все равно что говорить со стенкой. Однако ко времени моего отъезда направление разговоров, которые велись в лаборатории, уже изменилось.
Кроме того, я почувствовал, что у меня вырабатывается свой собственный научный стиль. Хотя я по-прежнему ощущал себя недостаточно подготовленным в некоторых областях науки, оказалось, что я умею довольно смело подходить к решению научных проблем. Я ставил эксперименты, которые считал интересными и важными. Я чувствовал, хотя еще и не вполне осознавал это, что нашел свой собственный голос. Примерно так, должно быть, чувствует себя писатель, написавший несколько неплохих рассказов. Вместе с этим чувством пришла уверенность в себе — ощущение, что мне стоит попытать силы в науке. После работы постдоком у Тауца я больше не боялся, что у меня иссякнет запас идей. Мне предстояло еще не раз испытать разочарование, упадок сил и усталость, но всегда оказывалось, что стоит почитать литературу и пройтись по лаборатории, вникая в поступающие день за днем результаты и обсуждая их со своими студентами и постдоками, и я снова получу представление о том, что нам делать дальше. После этого мы вновь и вновь обсуждали все это. Когда я брался за следующую проблему, я всегда погружался в чтение посвященной ей литературы.