Некоторые признаки привыкания указывают на то, что это настоящее обучение, а не снижение ответа, например, в результате утомления. Об этом, в частности, говорит спонтанное восстановление исходной амплитуды ответа. Можно получить также растормаживание привыкания, это происходит при неожиданном изменении параметров стимуляции.
Е.Н. Соколов выдвинул гипотезу, которая широко известна как модель нервного стимула. Гипотеза призвана была объяснить механизм распространенного в природе феномена угашения, или привыкания, установленного еще в павловской физиологической школе. Суть гипотезы состоит в предположении, что многократное возбуждение некоторой нейронной сети одним и тем же стимулом в результате процессов пластичности отдельных синапсов создает такую матрицу измененных синапсов, которая приводит к угашению (торможению) реакции на данный стимул. Однако при изменении конфигурации входного сигнала происходит растормаживание (восстанавливается первоначальная амплитуда реакции на данный стимул) в силу того, что в процесс включаются синапсы, не подвергшиеся пластическим модификациям во время привыкания.
Опишем пример реакции привыкания у аплизии, изученный в лаборатории Э. Кэндела. Слабые тактильные раздражения сифона аплизии вызывают рефлекс втягивания жабры. При многократной стимуляции сифона втягивание жабры начинает ослабевать и, наконец, прекращается — произошло привыкание. Анализ мест возможного нахождения модифицированных синапсов привел исследователей к схеме, показанной на рис. 6.15. Изменения могли быть в рецепторах кожи сифона (точка 1), в нервно-мышечном синапсе (точка 2) или в мышце (точка 3) (рис. 6.15, Б). Чтобы выбрать возможные варианты, нужно внутриклеточно раздражать мотонейрон (L7), непосредственно иннервирующий жабру, сохранив параметры стимуляции такими же, которые применяли в случае получения привыкания тактильной стимуляцией сифона. В специальных экспериментах было показано, что даже когда наступило привыкание, прямая стимуляция мотонейрона (L7) продолжала вызывать ответ обычной амплитуды.
Следующий этап анализа — исследование роли сенсорной адаптации. Для этого регистрировали активность одиночных афферентных волокон в периферических нервах от сифона и активность одиночных сенсорных нейронов L22, L23 и L16 (внутриклеточно). Оказалось, что ответы сенсорных нейронов не изменились в процессе привыкания. Более того, привыкание можно получить, стимулируя электрическими импульсами нерв, не затрагивая рецепторы. Сделан вывод, что привыкание в этом эксперименте является следствием изменений в центральных синапсах. Вопрос — каких? Внутриклеточная регистрация от мотонейрона (L7) в процессе привыкания показала постепенное снижение его разряда в данный период. Поскольку сокращение жабры определяется активностью трех крупных и трех малых мотонейронов (см. рис. 6.9), частота разряда каждого из этих нейронов достаточно тесно коррелировала с амплитудой рефлекса втягивания жабры.
Снижение частоты импульсации мотонейрона могло быть следствием изменения порога его ответа, но, как оказалось, порог на внутриклеточно приложенные деполяризующие импульсы тока в процессе привыкания не изменился. Отсюда был сделан вывод, что изменения произошли на синаптическом входе. Действительно, в процессе привыкания к тактильной стимуляции амплитуда сложного ВПСП в мотонейроне снижалась. Отдых или растормаживающая стимуляция восстанавливали исходную амплитуду ВПСП.
Следующий этап анализа механизма привыкания был связан с созданием двух упрощенных препаратов. Один препарат был назван системой изолированного рефлекса. У моллюска извлекали жабру, сифон и абдоминальный ганглий; весь препарат помещали в камеру с проточной аэрируемой охлажденной морской водой. Сифон раздражали механическими стимулами постоянной силы, действующими на определенные точки кожи. Движение жабры регистрировали фотоэлементом и одновременно внутриклеточно регистрировали активность мотонейрона (см. рис. 6.8). Другой препарат назвали системой изолированного ганглия. Из тела моллюска извлекали только ганглий, помещали его в камеру с проточной морской водой и исследовали (внутриклеточно) ответы мотонейрона (L7) в ответ на электрическую стимуляцию сенсорных нервов, идущих от кожи сифона.
В обоих препаратах сложные ВПСП в мотонейроне (L7) в ответ на натуральные или электрические стимулы были сходны с теми, которые возникают в ответ на естественные раздражения сифона у интактного животного. Такие препараты позволяли исследовать поведение животного на разных уровнях — от целого организма до упрощенных нейронных систем, которые, как было определено выше, являются нейронными аналогами научения. Эти препараты обладают одним неоспоримым преимуществом — они составляют подлинную микроцепь, которая содержит решающие компоненты полной нейронной сети, ответственные за данное поведение.
Продолжая анализ механизма привыкания, исследователи производили электрическую стимуляцию отдельных механорецепторных нейронов. Каждый импульс сенсорного нейрона создавал в мотонейроне жабры (L7) такой же ВПСП, какой возникал при локальном тактильном раздражении кожи. Оказалось, что этот ВПСП тоже подвержен депрессии при ритмической стимуляции и восстанавливается после отдыха (в течение не менее 15 мин). Другими словами, ВПСП в ответ на электрическую стимуляцию механорецепторных нейронов вел себя точно так же, как ВПСП в ответ на естественную стимуляцию кожи сифона. Это позволило сделать вывод об изменении эффективности возбуждающих синапсов на мотонейроне (см. рис. 6.15). Подобная депрессия наблюдается не только в нейроне L7, но и в других мотонейронах жабры (см. рис. 6.9).
При определенных режимах стимуляции в этом препарате можно наблюдать феномен облегчения (фасилитации) синаптической передачи. На рис. 6.16 показана суммарная схема с указанием мест локализации синапсов, подверженных облегчению. Такие синапсы образуются отростками сенсорных нейронов на трех интернейронах и различных мотонейронах жабры и сифона. Проведенные исследования позволили прийти к выводу, что основной нервный субстрат привыкания и фасилйтации рефлекса втягивания жабры — это синапсы сенсорных нейронов на мотонейронах и вставочных нейронах.
