Libmonster ID: VN-553
Author(s) of the publication: K. SUDAKOV, K. ANOKHIN

by Academician Konstantin SUDAKOV, Director of P. K. Anokhin Institute of Normal Physiology, Russian Academy of Medical Sciences, and Konstantin ANOKHIN, Dr. Sc. (Medicine), head of the laboratory at the same institute

An astonishing finding from recent studies of the human and mouse genome is that probably as much as 50 percent of approximately 30-35 thousand mammalian genes are expressed in the nervous system. A question which still remains to be answered is how the massively complex functions of an organism, such as human behavior and cognition, are orchestrated by these thousands of genes.

Pages. 53


One of the answers to this complex question will require a synthesis of molecular genetics with the study of the systems mechanisms of behavior and mental activity Analysis of such mechanisms has been pioneered by I.P. Pavlov's student P.K. Anokhin (1898-1974) in the theory of functional systems.

Functional systems are dynamic self-organizing entities that involve elements from multiple tissues and organs so that all the elements cooperate with each other to achieve an adaptive result for an organism. An organism as a whole thus represents a well- organized aggregate of multiple functional systems at metabolic, homeostatic, behavioral, social and mental levels. Some of these functional systems maintain the stability of homeostatic parameters, while others are responsible for behavior and adaptation to the environment. Many functional systems are formed during embryonic development, whilst others are created during an individual's life and require learning.

According to the theory of functional systems, each behavioral act starts from a stage of afferent synthesis. This stage is responsible for neural integration of environmental information and memory resources with the internal needs of an organism. Afferent synthesis is then followed by sequential stages of decision-making, the formation of an anticipatory model of the required results- "acceptor of the results of action", efferent synthesis, and finally the action itself. This behavior is continuously evaluated by the acceptor of the results of action with the aid of "return afferentation" (reafferentation), until a final result that satisfies the original need of an organism is achieved.

Our studies have further developed this systemic approach by showing that the dynamics of behavioral continuum consist of "systemic quanta" spanning the emergence of a need to its accomplishment. Once an adaptive result has been achieved, the behavioral act is completed being reinforced by a positive emotion from correspondence between reafferentation and the anticipatory model of required result.

This brief outline suffices to illustrate that a systems approach to behavior raises new questions concerning the molecular genetic bases of these processes. What is the role played by the expression of different genes in systemic architecture of behavioral and mental acts? And what new rules are imposed on cellular regulation of gene expression in the conscious brain by a systems level of behavioral organization?

Of particular interest in the context of these questions are genes whose expression is regulated by neural activity Many of such genes like c-fos belong to the family of so-called "immediate early genes" (IEGs). They are known to be very rapidly activated in response to extracellular signals and encode transcription factors that play a role in regulation of cellular growth and differentiation during development.

However, our own studies showed that their expression of IEGs can be also robustly increased in the brain of adult animals during learning.

Their expression is also rapidly elevated in the nervous system if animals are placed into a novel environment or when they encounter difficulties in achieving the required behavioral outcome. We have found that such expression of IEGs in response to a novel situation and/or following learning occurs over many different brain regions and the patterns of their expression are determined by the context of the behavior and environment. IEGs expression is extinguished as the situation loses its novelty or when a behavior has been acquired and become automatic.

A direct test of the role of IEGs in learning and memory came from our experiments with selective inhibition of c-fos expression by antisense oligonu-cleotides. Administration of this short sequence-specific DNA fragments allows to selectively block the expression of targeted genes in the brain. These studies demonstrated that suppression of c-fos mRNA in the animal brain impaired long-term but not short-term memory in various learning tasks. Similar data were also obtained with other IEGs and the general num-

Central architectonics of a functional system on a behavioral level (by P.K. Anokhin).

EA-environmental afferentation, ТА- trigger afferentation.

Pages. 54


A sheme of "system-quantum" of behavior as a unit of organism system activity: n -> A -> B -> C -> D -> n- environmental events. R1-R6 - intermediate behavioral results helping (+) and blocking (-) the satisfaction of the initial need.

Expression of two early genes-C-FOS and C-JUN - in the cerebral cortex of mice learning to avoid skin irritation with electricity. The experimental animals could escape the electric shock by jumping onto a shelf (A). One group was trained to develop an automatic avoidance response (B). A gene expression maximum is observed after the first session of learning, but it wanes as the response becomes automatic (C).

Pages. 55


ber of candidate plasticity genes is currently estimated to be around 1,000.

These data, viewed in the framework of the functional systems theory, suggest that the expression of plasticity in the brain of awake behaving animals occurs under conditions of mismatch between the situational or motivational afferentations and one of the acceptor of the results of action for innate or acquired functional systems. This mismatch between previous experience and expectations of an animal and the actual situation is defined through psychological category of "novelty". Thus, by definition, IEG expression, involving as it does, a subjective assessment of previous experience, must depend on more than just molecular and cellular rules of control. Rather, a systems level approach, like one taken in the theory of functional systems, is required to explain such cognitive-related activation.

Repeated reinforcement of biological motivations of an animal produces a significant change in the properties of neuronal gene expression. For example, when food-deprived animals are allowed to reach and obtain a food, the protein synthesis inhibitors, such as cycloheximide, acquire the ability to completely suppress this feeding behavior for a prolonged period of time. The same picture is observed in animals that were allowed to avoid the site of experimental chamber where they received electric stimulation of the "fear centre" of the ventromedial hypothalamus. In these animals, protein synthesis inhibitors also start to prominently disrupt the acquired place-avoidance behavior.

These experiments demonstrate that new proteins are expressed in the brain as a consequence of repeated reinforcements and that these molecules participate in the organization of certain forms of animal goal-directed behavior.

What are these new proteins? Our experiments suggest that some of them might be neuropeptides. For instance, administration of the neuropeptide pentagastrin into the lateral ventricules of cycloheximide-treated animals can restore their inhibited food reaction. In a similar manner the defence reactions blocked by cycloheximide can be restored by intracerebroventricular administration of bradykinin neuropeptide.

Another group of targets for IEGs products might be genes of cell adhesion molecules, such as N-CAM or Ng-CAM. They are expressed on cell membrane surface and regulate aggregation and disaggregation of cells during neural development. However, our and other data show that antibodies to cell adhesion molecules are able to produce an amnesia in animals if administered within a strictly limited post-learning time period when the target genes for IEG products are activated.

Therefore, one might envision the following succession of molecular and genetic events during learning of new behavior. At the beginning, novelty, expressed as the mismatch of the existing situation with the previously acquired experience initiates activation of the immediate early gene cascade in the cell populations that mediate these behavioral and cognitive processes. The products of immediate early genes, in turn, trigger the expression of the late genes that are also known to participate in the processes of morphogenesis during embryonic development. The genomic response of neuronal cells to learning thus resembles reactions of other cells to growth factors. It is a two-phase response-at the beginning expression of IEGs is induced and later on reinforcement in conjunction with lEG- encoded transcription factors makes possible the expression of target "late" genes.

The English version of the article prepared by the authors


© biblio.vn

Permanent link to this publication:

https://biblio.vn/m/articles/view/GENES-BRAIN-AND-BEHAVIOR

Similar publications: LVietnam LWorld Y G


Publisher:

Vietnam OnlineContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://biblio.vn/Libmonster

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

K. SUDAKOV, K. ANOKHIN, GENES, BRAIN AND BEHAVIOR // Hanoi: Vietnam (BIBLIO.VN). Updated: 09.09.2018. URL: https://biblio.vn/m/articles/view/GENES-BRAIN-AND-BEHAVIOR (date of access: 06.03.2026).

Publication author(s) - K. SUDAKOV, K. ANOKHIN:

K. SUDAKOV, K. ANOKHIN → other publications, search: Libmonster VietnamLibmonster WorldGoogleYandex

Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
Vietnam Online
Hanoi, Vietnam
622 views rating
09.09.2018 (2735 days ago)
0 subscribers
Rating
0 votes
Related Articles
Bài viết này xem xét Eo biển Hormuz, một động mạch hàng hải hẹp nối vịnh Ba Tư với vịnh Oman, có vai trò rất quan trọng đối với nguồn cung năng lượng toàn cầu. Dựa trên phân tích các đặc điểm địa lý, số liệu kinh tế và các sự kiện hiện tại từ tháng 2 đến tháng 3 năm 2026, bài viết tái hiện đầy đủ ý nghĩa của eo biển này và hậu quả của sự phong tỏa nó. Đặc biệt chú ý đến bối cảnh địa chính trị của cuộc xung đột đang diễn ra giữa Iran và liên minh do Mỹ-Israel dẫn đầu, cũng như tác động tiềm năng đến thị trường dầu mỏ, khí đốt và các sản phẩm liên quan trên toàn cầu.
Catalog: География 
14 hours ago · From Vietnam Online
Các nhà lãnh đạo nước ngoài bị cho là đã bị tiêu diệt bởi Hoa Kỳ
2 days ago · From Vietnam Online
Những lãnh đạo quốc gia nào bị Mỹ ám sát?
2 days ago · From Vietnam Online
Bài viết này xem xét hiện tượng sự tham gia của Hoa Kỳ vào các hoạt động nhằm loại bỏ các nhà lãnh đạo nước ngoài, điều đã nhận được sự chú ý mới liên quan đến các sự kiện đầy kịch tính năm 2025–2026 — việc bắt cóc Tổng thống Venezuela Nicolás Maduro và cái chết của Lãnh tụ tối cao Iran Ali Khamenei trong một cuộc tấn công phối hợp giữa Hoa Kỳ và Israel. Dựa trên phân tích các tài liệu lịch sử, đánh giá của các chuyên gia và các chuẩn mực pháp lý quốc tế, sự phát triển của các cách tiếp cận của Hoa Kỳ trong việc sử dụng các phương pháp ép buộc để thay đổi chế độ được tái hiện. Đặc biệt chú ý tới sự mâu thuẫn giữa lệnh cấm chính thức đối với ám sát chính trị và thực tiễn vẫn tiếp tục được áp dụng dưới các luận cứ pháp lý mới.
3 days ago · From Vietnam Online
Trong bài viết này xem xét hiện tượng sự tham gia của Hoa Kỳ vào các hoạt động nhằm loại bỏ các nhà lãnh đạo nước ngoài, hiện tượng này có âm hưởng mới liên quan tới các sự kiện 2025–2026 — vụ bắt cóc tổng thống Venezuela Nicolás Maduro và cái chết của Lãnh tụ tối cao Iran Ali Khamenei do vụ tấn công của Mỹ và Israel gây ra. Dựa trên phân tích các tài liệu lịch sử, các đánh giá của chuyên gia và các chuẩn mực pháp lý quốc tế, người ta tái hiện sự tiến hóa của các phương pháp của Hoa Kỳ trong việc sử dụng các biện pháp bạo lực để thay đổi chế độ. Đặc biệt chú ý tới mâu thuẫn giữa lệnh cấm chính thức đối với ám sát chính trị và thực tiễn vẫn được duy trì dưới các căn cứ pháp lý mới.
4 days ago · From Vietnam Online
Bài viết này xem xét câu hỏi chiến lược cực kỳ quan trọng về việc liệu Nga có khả năng phá hủy Hoa Kỳ bằng một cuộc tấn công hạt nhân mở đầu và đồng thời ngăn chặn thành công một phản công tàn khốc hay không. Dựa trên phân tích tình báo từ nguồn mở, tư thế lực lượng chiến lược, tuyên bố chính thức và bình luận của các chuyên gia, nghiên cứu này phân tích các khía cạnh kỹ thuật, vận hành và học thuyết của câu hỏi này. Đặc biệt chú ý đến cấu trúc lực lượng chiến lược của Nga, khả năng của bộ ba hạt nhân của Mỹ và hệ thống cảnh báo sớm, vai trò của các hệ thống trả đũa tự động như "Perimeter," và khung khái niệm ổn định chiến lược căn bản đã xác định quan hệ Mỹ-Nga suốt nhiều thập kỷ.
5 days ago · From Vietnam Online
Bài viết này cung cấp một cái nhìn toàn diện về tên lửa hành trình Tomahawk, một trong những vũ khí có độ chính xác cao và có tính đa dụng nhất được sử dụng rộng rãi trong kho vũ khí quân sự hiện đại. Dựa trên phân tích từ các nguồn quốc phòng chính thức, hồ sơ tác chiến lịch sử và các thông số kỹ thuật, bài viết tái hiện sự phát triển, thiết kế và vai trò chiến lược của hệ thống vũ khí này. Đặc biệt, nó chú trọng đến công nghệ dẫn đường của nó, lịch sử tác chiến, sự hiện đại hóa gần đây lên các biến thể Block V, và những tác động địa chính trị của khả năng chuyển giao nó cho Ukraine.
5 days ago · From Vietnam Online
Bài viết này xem xét bản chất phức tạp và lâu dài của các xung đột của Israel với các nước láng giềng và các tác nhân. Dựa trên phân tích các sự kiện lịch sử, các tuyên bố chính trị, các thỏa thuận quốc tế và các phân tích địa chính trị đương đại, bài viết phác thảo lại các lý do đa diện đằng sau trạng thái chiến tranh và căng thẳng dai dẳng. Đặc biệt chú ý tới các tranh chấp về ý thức hệ và biên giới nền tảng, tác động của cuộc chiến năm 1967, vai trò của vấn đề Palestine, sự trỗi dậy của các tác nhân phi nhà nước, và sự trỗi dậy gần đây của diễn ngôn 'Đại Israel'. Phân tích cũng đề cập tới mối quan hệ căng thẳng với các đối tác hòa bình truyền thống là Ai Cập và Jordan, cũng như những thách thức đối với khung thỏa thuận Abraham trong bối cảnh cuộc chiến 2023–2026.
Catalog: История 
8 days ago · From Vietnam Online
Trong bài viết này, hiện tượng mìn chống bộ binh được xem như một loại vũ khí gây ra mối đe dọa nhân đạo đặc biệt. Dựa trên phân tích các công ước quốc tế, dữ liệu thống kê và bằng chứng lịch sử, bài viết tái hiện một bức tranh toàn diện về tác động của loại vũ khí này lên dân cư, những nỗ lực của cộng đồng quốc tế nhằm cấm đoán nó và xu hướng hiện đại liên quan đến việc một số quốc gia rút khỏi Hiệp ước Ottawa. Đặc biệt chú ý đến định nghĩa mìn chống bộ binh, phân loại của chúng, lịch sử sử dụng và trạng thái hiện tại của vấn đề.
8 days ago · From Vietnam Online
Bài viết này xem xét câu hỏi phức tạp và đầy đau đớn về cách ký ức lịch sử về Holocaust ảnh hưởng đến các chính sách của Nhà nước Israel đối với người dân Palestine ở Dải Gaza. Dựa trên phân tích các cuộc thảo luận công khai, các tuyên bố chính trị, lập trường của các tổ chức nhân quyền và các cuộc tranh luận học thuật, bài viết tái dựng vấn đề đa diện về mối quan hệ giữa chấn thương tập thể của người Do Thái và các hành động do Israel thực hiện trong chiến dịch quân sự bắt đầu sau ngày 7 tháng 10 năm 2023. Đặc biệt chú ý đến hiện tượng sử dụng các phép so sánh lịch sử, tranh luận về tính thích hợp của thuật ngữ "diệt chủng," và tình huống tiến thoái lưỡng nan đạo đức mà một xã hội đã trải qua thảm họa phải đối mặt.
10 days ago · From Vietnam Online

New publications:

Popular with readers:

News from other countries:

BIBLIO.VN - Vietnam Digital Library

Create your author's collection of articles, books, author's works, biographies, photographic documents, files. Save forever your author's legacy in digital form. Click here to register as an author.
Library Partners

GENES, BRAIN AND BEHAVIOR
 

Editorial Contacts
Chat for Authors: VN LIVE: We are in social networks:

About · News · For Advertisers

Vietnam Digital Library ® All rights reserved.
2023-2026, BIBLIO.VN is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Vietnam


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of affiliates, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. Once you register, you have more than 100 tools at your disposal to build your own author collection. It's free: it was, it is, and it always will be.

Download app for Android