Аннотация
В статье рассматривается возможность физического обоснования долговременной и пожизненной памяти в рамках теории экзистома Р. Р. Гарифуллина. Экзист понимается как иерархическая жидкокристаллическая мезоморфная структура с разным уровнем подвижности; на определённом уровне подвижность становится низкой и обеспечивает длительное хранение следа. В качестве физического кандидата на роль механизма, создающего такую низкую подвижность, анализируются энтропийно-топологические эффекты, открытые в физике полимеров Н. Ф. Фаткуллиным и соавторами для кольцевых цепей: драматическое сжатие под действием слабого энтропийного потенциала, резкое замедление терминальной релаксации, квази-плато на кривой среднеквадратичного смещения и динамическая локализация колец. Эти эффекты сопоставляются с «эффектом сковывания» в циклических жидкокристаллических полимерах, с физикой хроматиновых петель и доменов, а также с альтернативными механизмами замедления полимерной динамики — рептацией, моделью скользящих контактов и химической фиксацией петель. Отдельно рассматриваются стеклование биополимерных конденсатов и химические сшивки (комплекс KIBRA–PKMζ). Обосновывается каскадная модель: энтропийное сжатие создаёт компактную «ловушку», стеклование обеспечивает кинетический арест, а химические сшивки выполняют функцию динамической поддержки и перезаписи. Работа выполнена на стыке физики полимеров, биофизики хроматина и теории экзистома.
Теория экзистома: основные понятия
В теории экзистома, разработанной Р. Р. Гарифуллиным [2; 6], субъективная реальность порождается не коннектомом как таковым, а голономной волновой динамикой специализированных структур. Для дальнейшего анализа необходимо зафиксировать её базовые понятия.
Экзисты — это многослойные биодифракционные структуры-коды, на основании которых формируются паттерны интерференции стоячей волны — виртуоны, соответствующие врождённым смыслам и концептам, сформированным в онтогенезе. Голономные экзисты связаны друг с другом, но при этом рассеянны в коре головного мозга [2].
Экзистом — целостная совокупность множества экзистов, подчиняющаяся принципу голономности (голографии), согласно которому каждый экзист сохраняет всю целостную информацию, хранящуюся во всём экзистоме. Именно экзистом, а не синаптическая сеть, рассматривается как носитель психического и как среда, на которой возможна голографическая реконструкция памяти [2; 6].
Интенцион — это совокупность структур мозга (таламус, гиппокамп, веретеновидная извилина и др.), генерирующих интенциональные волновые потоки, направляемые на экзистом. Иными словами, интенцион — совокупность излучателей волновых интенциональных потоков, рассеянных в коре и связанных с гиппокампом, таламусом и другими структурами [6].
Виртуон — волновое межфазно-эмерджентное новообразование или голограмма, возникающая как продукт взаимодействия (интерференции) волновых потоков интенциона с соответствующими структурами голономного экзистома. Виртуоны — это продукты стоячих волн различной динамики, формы, размеров, фазы и частоты [6].
Метавиртуон — виртуон высшего порядка, обеспечивающий рекурсивную самоотнесённость и функцию «внутреннего наблюдателя». В теории экзистома «Я» описывается как высший метавиртуон, а осознанные сновидения — как результат «пробуждения» метавиртуона внутри потока виртуонов. Если виртуон синхронизирует нейронные ансамбли в единый психический акт, то метавиртуон задаёт устойчивость и рефлексивную замкнутость этого акта [6].
Введение: нанопсихология, теория экзистома и задача физического обоснования памяти
Теория экзистома является развитием программы нанопсихологии, обоснованной автором в 2006 г. на философской конференции [3] и уточнённой в 2014 г. на седьмой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием [4], а затем — в работе 2023 г. в International Journal of Biomed Research [1]. Нанопсихология изучает корреляции между наноструктурными преобразованиями мозга и психическими процессами в режиме «здесь и сейчас», и одним из её центральных положений является возможность внешнего физического управления этими наноструктурами.
В настоящей работе предпринимается попытка связать программу нанопсихологии с фундаментальными результатами физики полимеров, полученными Н. Ф. Фаткуллиным и соавторами [5]. Если экзист представляет собой жидкокристаллическую полимерную структуру с низкой подвижностью на определённом иерархическом уровне, то возникает вопрос: какие физические механизмы обеспечивают эту низкую подвижность и её сохранение на временах, сопоставимых с продолжительностью жизни организма? Ответ на этот вопрос требует не только биохимического, но и физико-термодинамического анализа, поскольку намагниченность и иные регистрируемые сигналы отражают прежде всего динамику цепных молекул, а не исчерпываются химической специфичностью.
1. Локализация экзистов: перинейрональные сети и хроматиновые домены
Согласно теории экзистома, экзисты представляют собой жидкокристаллические многослойные иерархические структуры с разным уровнем подвижности [1; 2]. Принципиально важно, что в рамках этой теории они локализуются не в синаптических везикулах и не в отдельных молекулах, а в перинейрональных сетях (PNN) — специализированном внеклеточном матриксе, окружающем нейроны. PNN обладают именно той долговременной стабильностью, которая необходима для хранения следа памяти: их состав и структура могут сохраняться месяцами и годами, тогда как синаптические белки постоянно обновляются. Именно поэтому PNN рассматриваются в теории экзистома как один из ключевых кандидатов на роль материального носителя долговременной и пожизненной памяти.
В нашем биофизическом анализе это положение дополняется внутриклеточным уровнем. Если PNN — это внеклеточный «каркас» экзиста, то его внутриклеточным коррелятом могут служить хроматиновые домены в ядре нейрона: петли, TAD и плотно упакованные области гетерохроматина. Именно в них кольцевая топология, энтропийное сжатие и стеклование, описанные ниже, могут обеспечивать ту низкую подвижность, которая соответствует «сковыванию» мезоморфной фазы. Таким образом, экзист в этой картине имеет двухуровневую локализацию: внеклеточную (PNN) и внутриклеточную (хроматиновые домены), причём оба уровня объединены общей физикой жидкокристаллических полимерных сетей с энтропийно-топологической стабилизацией.
Это уточнение важно и для понимания того, почему «интеллектуальная химия» не является единственным объяснением памяти. PNN и хроматин — это полимерные сети, и их долговременная стабильность может обеспечиваться не только специфическими химическими связями, но и физическими механизмами: энтропийным сжатием кольцевых цепей, стеклованием и топологическим «запиранием». Именно поэтому теория экзистома позволяет перейти от чисто биохимического описания памяти к физико-термодинамическому.
2. Экзист как мезоморфная жидкокристаллическая структура
Согласно теории экзистома, экзисты представляют собой жидкокристаллические многослойные иерархические структуры с разным уровнем подвижности [1; 2]. На определённом уровне эта подвижность низкая, и именно она обеспечивает стабильность следа. Если рассматривать экзист не как «вечную молекулу», а как физическое состояние материи, то ключевым становится вопрос о природе этой низкой подвижности.
В физике жидкокристаллических полимеров известен «эффект сковывания» (shackling effect): в циклических (кольцевых) жидкокристаллических полимерах отсутствие концов цепи и замкнутая топология приводят к значительному уменьшению энтропии фазового перехода по сравнению с линейными аналогами. Мезогенные группы оказываются менее свободны в своих флуктуациях, и для перехода из упорядоченной мезофазы в изотропную жидкость им требуется меньше энтропийных изменений. Это делает мезофазу энтропийно более устойчивой: она сохраняется в более широком диапазоне условий. Данный результат важен потому, что показывает: топология кольца сама по себе способна «сковывать» мезоморфную структуру, снижая её подвижность без обязательного участия химического «кода».
3. Парадоксальные эффекты кольцевых полимеров в работах Н.Ф. Фаткуллина
Н.Ф. Фаткуллин и соавторы показали, что для кольцевых (циклических) полимерных цепей даже относительно слабый притягивающий потенциал энтропийной природы вызывает драматическое сжатие: радиус инерции цепи становится намного меньше, чем у свободной кольцевой цепи, вплоть до состояния глобулы [5]. Одновременно происходит резкое уменьшение времени терминальной релаксации, что порождает протяжённый участок аномально медленной диффузии — квази-плато на зависимости среднеквадратичного смещения сегментов от времени. Для расплавов кольцевых полимеров с большой молекулярной массой было предсказано экспоненциальное уменьшение коэффициента самодиффузии с ростом длины цепи, что указывает на динамическую локализацию колец — их «застревание» в топологически запутанных конформациях [5].
Эти результаты не являются курьёзом. Они означают, что замкнутая топология превращает слабые энтропийные силы в мощный фактор организации: цепь не просто «чувствует» ограничения, а переходит в компактное метастабильное состояние с резко замедленной динамикой. В контексте биологии эти эффекты находят прямые аналоги в физике хроматина. Кольцевые домены хроматина (петли, TAD) демонстрируют аномально медленную, субдиффузивную подвижность, которая может быть не побочным эффектом, а функциональным свойством, обеспечивающим стабильность пространственной организации генома, необходимой для долговременной памяти. Более того, введение петель в структуру хроматина приводит к многократно более сильному энтропийному отталкиванию между соседними молекулами по сравнению с линейными цепями, что лежит в основе энтропийно-управляемой сегрегации хроматина — формирования отдельных территорий хромосом и доменов.
4. От «сковывания» к долговременной памяти: энтропия против «интеллектуальной химии»
Долговременная память требует структуры, которая остаётся стабильной месяцы и годы, не требуя постоянного химического синтеза. Мезоморфная фаза, стабилизированная энтропийно-топологически, даёт именно это. Устойчивость мезофазы, обусловленная «эффектом сковывания», делает жидкокристаллическое упорядочение энтропийно выгодным и устойчивым к тепловым флуктуациям. Кинетическая заторможенность, предсказанная Фаткуллиным и соавторами, означает, что переход из этого состояния в разупорядоченное требует аномально долгого времени. Информация «записывается» не в последовательности химических связей, а в самой конформации мезоморфной полимерной сети, которая удерживается энтропийными силами. Разные уровни экзистов могут иметь разную степень «кольцевости» или зацеплений, создавая градиент времён хранения — от кратковременных жидкокристаллических флуктуаций до практически «стеклообразных», энтропийно-замороженных доменов, ответственных за пожизненную память.
Таким образом, в этой картине долговременная память предстаёт не как результат работы «молекулярного алгоритма», а как физическое следствие того, что жидкокристаллическая полимерная сеть с кольцевой топологией «застревает» в упорядоченном состоянии из-за энтропийно-обусловленного замедления динамики. Химия создаёт строительные блоки (мезогены), но время хранения информации задаётся физикой топологии и энтропии. Это не отрицает химическую специфичность ДНК, а показывает, что на определённом уровне сложности физические законы становятся достаточными для объяснения ключевых биологических феноменов.
5. Альтернативные механизмы «сковывания»: объективность требует сравнения
Помимо энтропийно-топологического сжатия кольцевых цепей, в физике полимеров известны и другие механизмы, приводящие к резкому замедлению динамики. Для объективности картины их необходимо рассмотреть.
Рептация и «трубка» зацеплений (де Женн, Эдвардс). Классическая модель описывает линейную цепь в расплаве или концентрированном растворе, которая не может двигаться поперёк себя из-за зацеплений с соседями. Она оказывается в «трубке» и вынуждена «змеевидно» перемещаться вдоль неё. Этот механизм также основан на топологических ограничениях (непересекаемости цепей), но относится к линейным цепям во внешнем запутанном окружении, тогда как модель Фаткуллина описывает внутреннюю топологию кольца [8].
Модель скользящих контактов (slip-links). Более тонкий механизм: цепь пронизана подвижными «кольцами» или «зажимами», которые делят её на петли. Эти зажимы могут скользить вдоль цепи, но создают энтропийные силы, стягивающие петли и ограничивающие флуктуации. «Сковывание» здесь создаётся не замкнутостью самой цепи, а динамически перераспределяющимися узлами, которые перераспределяют натяжение.
Химическая фиксация петель (DNA looping). В биополимерах петля может быть химически зафиксирована белковым «зажимом» (например, димером репрессора). В этом случае цепь теряет способность к рептации внутри данной траектории, и её энтропия резко падает. Это уже химический, а не чисто энтропийно-топологический механизм; он ближе к «интеллектуальной химии», о которой шла речь выше.
Топологическое «запирание»: тугие узлы. Де Женн предположил, что при кристаллизации или сильном сдвиге в полимерной цепи могут образовываться «тугие узлы» (tight knots). Такие узлы топологически не могут быть развязаны без разрыва цепи и чрезвычайно стабильны, сохраняясь в расплаве в течение очень долгого времени после плавления. Это не просто медленная релаксация, а топологический запрет на изменение состояния [8].
«Прошивание» и старение кольцевых полимеров. Современные исследования кольцевых полимеров показывают, что со временем в них происходит «прошивание» (threading): кольца соседних цепей проникают друг в друга, создавая долгоживущие топологические ограничения. Эти взаимодействия приводят к «динамическому аресту»: система становится всё более заторможенной, а её радиус инерции не возвращается к исходному значению даже на очень больших временах. Процесс «старения» укрепляет топологические ограничения и делает структуру всё более стабильной со временем.
6. Стеклование биополимерных систем
Стеклование представляет собой кинетический арест: система переходит в термодинамически неравновесное состояние, из которого у неё просто нет доступных путей для релаксации. В биологии стеклообразные состояния реальны, но это не отдельные наночастицы, а фазовое состояние полимерной сети. Хроматин при превышении порога самопритяжения между эпигенетическими метками становится стеклообразным, а сеть взаимодействий «замерзает». Белковые конденсаты с низкой сложностью образуют метастабильные жидкости, которые со временем «созревают» в стёкла; эти стёкла, как отмечается в литературе, «respond to time and stress, enabling proteins to store information». Стекло — это не просто «замороженный» материал, а среда, способная накапливать и хранить информацию.
Для экзиста это означает: жидкокристаллическая фаза может быть витрифицирована, и информация, записанная в её конформации, будет храниться до тех пор, пока система не будет нагрета или химически модифицирована. Это чистая физика, не требующая постоянных энергетических затрат. Однако стеклование само по себе не объясняет, как система попадает в компактное состояние; оно объясняет, почему система из этого состояния не выходит.
7. Химические сшивки и динамическая поддержка
Химические сшивки, такие как комплекс KIBRA–PKMζ в синапсах, действуют как «молекулярный клей», связывая фермент с синапсом и поддерживая память в течение как минимум месяца. Разрыв этой связи стирает старую память, а непрерывное образование комплекса необходимо для поддержания следа. Однако этот механизм требует постоянного обновления: молекулы деградируют и заменяются новыми, память сохраняется за счёт непрерывной пересборки «клея». Это динамическая поддержка, а не вечная фиксация, и она сопряжена с метаболическими затратами, что концептуально отличает её от «чистой физики» стеклования или энтропийной ловушки.
В контексте экзистов химические сшивки могут играть роль стабилизаторов на уровне белковых комплексов, обеспечивая долговременную поддержку (месяцы), но они не являются первопричиной физической стабильности хроматина. Они могут «подстраховывать» стеклообразное состояние и обеспечивать возможность перезаписи, но не заменяют энтропийно-топологическую основу.
8. Сравнение механизмов и каскадная модель пожизненной стабильности
Проведённый анализ позволяет сформулировать вывод о том, что пожизненная стабильность экзиста не может быть обеспечена одним механизмом. Наиболее вероятная картина представляет собой каскад.
Первый уровень — энтропийное сжатие (Фаткуллин и соавторы). Слабый притягивающий потенциал энтропийной природы вызывает сильное сжатие кольцевой цепи и резкое уменьшение времени терминальной релаксации, порождая квази-плато на кривой подвижности сегментов. Система «застревает» в компактной конформации. Это «ловушка», в которую система попадает без затрат химической энергии. Однако сам по себе этот механизм не даёт абсолютной необратимости: это всё ещё метастабильное состояние с конечным, хотя и огромным, временем жизни [5].
Второй уровень — стеклование. Оно «замораживает» эту ловушку, переводя её в кинетически арестованное состояние. У системы просто исчезают пути выхода. Это и есть механизм пожизненного хранения. Стеклование объясняет, почему след не «распрямляется» сам по себе на временах, сопоставимых с жизнью организма.
Третий уровень — химические сшивки (KIBRA–PKMζ и аналогичные комплексы). Они могут играть роль стабилизаторов на уровне белковых комплексов, обеспечивая динамическую поддержку и возможность перезаписи без потери основной физической структуры. Они не являются первопричиной физической стабильности, но модулируют её и позволяют системе оставаться пластичной.
Иными словами, энтропия объясняет, как след «затягивает» в компактную форму, а стеклование — почему он уже никогда не «распрямится» сам по себе. Химические сшивки — это дополнительный, но энергетически затратный слой контроля, который может модулировать, но не заменять физическую основу.
Заключение
Проведённый анализ позволяет сформулировать следующие выводы. Во-первых, парадоксальные эффекты кольцевых полимеров, открытые Фаткуллиным и соавторами, — драматическое сжатие, аномальное замедление релаксации, квази-плато и динамическая локализация — дают физическую основу для низкой подвижности мезоморфных структур, аналогичных экзистам. Во-вторых, «эффект сковывания» в циклических жидкокристаллических полимерах делает мезофазу энтропийно устойчивой, что объясняет, почему упорядоченное состояние может сохраняться без постоянных химических затрат. В-третьих, пожизненная стабильность не может быть объяснена одним механизмом: наиболее вероятна каскадная модель, в которой энтропийное сжатие создаёт компактную «ловушку», стеклование обеспечивает кинетический арест, а химические сшивки выполняют функцию динамической поддержки и перезаписи. В-четвёртых, такое понимание открывает перспективу для дальнейших исследований: если экзисты действительно являются жидкокристаллическими структурами с энтропийно-стабилизированной низкой подвижностью, то внешние физические поля — тепловые, магнитные, механические — могут целенаправленно модулировать этот энтропийный ландшафт, «сбрасывая» или, наоборот, укрепляя след памяти. Именно в этом направлении теория экзистома смыкается с программой нанопсихологии, намечая путь к физически обоснованному пониманию того, как материя мозга хранит информацию на протяжении жизни.
Библиография
1. Garifullin R.R. About the Nanotechnological Approach to The Brain. International Journal of Biomed Research. 2023. 2(4). DOI:10.31579/2834-8087/025.
2. Garifullin R.R. The theory of the brain's existom as a theory of generating subjective reality: a hypothesis of a new biomedical approach to the brain. ClinicSearch: Journal of Biomed Research. 4(3). DOI:10.31579/2834-5029/79.
3. Гарифуллин Р.Р. Нанопсихология как новая наука. Нанофилософия как новое мировоззрение // Человек перед лицом глобального вызова / Философское общество Татарстана. Казань, 2006. С. 101–106.
4. Гарифуллин Р.Р. Нанопсихология как новое основание когнитивной науки // Актуальные проблемы современной когнитивной науки: Материалы седьмой всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Иваново, 2014. С. 23–24.
5. Fatkullin N., Mattea C., Lindt K., Stapf S., Kruteva M. Dynamics of polymer rings: The Rouse ring chain with attractive harmonic potential of spherical symmetry // The Journal of Chemical Physics. 2025. Vol. 163, No. 10. Art. 104901. DOI: 10.1063/5.0285040.
6. Гарифуллин Р.Р. Теория экзистома как теория генерации субъективной реальности и эмерджентности // АПН. 2024. URL: https://apn.ru/index.php?newsid=46457 (дата обращения: 02.11.2026).
7. Smrek J., et al. Entropic tug of war: spontaneous directed motion of polymers in crowded environments // Physical Review X. (Цит. по анализу, представленному в настоящей статье).8. de Gennes P.-G. Scaling Concepts in Polymer Physics. Ithaca: Cornell University Press, 1979.
