|
Как мы запоминаем и как память создает нас
Ранние работы по вопросу памяти проводились в 60-е годы прошлого столетия, в качестве экспериментальных моделей были выбраны морские огурцы. У этих беспозвоночных нервные клетки имеют сравнительно большой размер. Как уже было известно, электрический импульс при активации нейрона приводит к выделению веществ, которые проходят через синапсы, соединяющие нейроны и могут иннервировать другой нейрон. Во время исследований на морских огурцах было установлено, что у них при реакции на стимул происходит укрепление определенных синапсов. В результате при повторной активации первого нейрона, растет вероятность иннервации второго. Данный механизм служит основой памяти любого организма, наделенного нервной системой. Это исследование оказалось настолько важным, что в 2000 году нейрофизиолог Эрик Кэндел (Eric Candel) из Колумбийского университета (Нью-Йорк), был удостоен за него Нобелевской премии.
Но открытие этого механизма не объясняет работу памяти человека. Наш мозг состоит из 100 млрд. нейронов, каждый из которых соединен примерно с тысячью других. В результате мы имеем порядка 100 трлн. синапсов. Когда мы что-то запоминаем, какие из этих синапсов укрепляются?
Первый из важных шагов, ведущих к ответу на этот вопрос был получен во время одной из самых грустных историй в современной нейробиологии. В 1953 году Генри Молейсон (Henry Molaison) – долгое время известный только под своими инициалами HM, подвергся хирургическому вмешательству, которое завершилось неудачно. Нейрохирург собирался удалить часть ткани мозга, которая приводила к эпилепсии. Эпилептические приступы у Молейсона рождались в гиппокампе - парной структуре, расположенной в медиальных височных отделах полушарий, по виду напоминающем морскую лошадь с рыбьим хвостом из греческой мифологии. Поэтому во время операции они были удалены.
Последствия этой операции для Молейсона были удручающими. До конца жизни ему потребовался уход, поскольку он не мог задержать мысль в голове более чем на десяток секунд. В отличии от пациентов с амнезией, HM знал, кто он, поскольку у него сохранилась память большинства событий, произошедших до операции. Однако удержать мысль о новом событии о не мог больше чем на полминуты. Глядя на себя в зеркало, Молейсон постоянно поражался, как он постарел. Смерть его родителей не оставила никакого следа в его памяти. При этом состоянии он не показывал признаков страха или недоумения, наоборот, выглядел счастливым и благовоспитанным. Часто он выражал свое желание помочь специалистам в изучении своей болезни, никогда не уставал от тестов. Нейрофизиолог Сюзэн Коркин (Suzanne Corkin) из Массачусетского технологического института написала о нем книгу «Перманентное настоящее время» (Permanent Present Tense). В ней она отметила, что иногда общение с HM вызывало стойкое ощущения сюрреализма происходящего. Например, как то раз они с Молейсоном ехали в машине на очередное тестирование. Генри расположился на заднем сидении и случайно заметил на приборной доске упаковку с надписью «Мак-Дональдс». «Слушай, я в детстве знавал одного малого по имени Джон МакДональд» - прокомментировал он свое наблюдение. Затем он рассказал парочку историй из их совместных приключений. Прошло несколько минут, Молейсон отвлекся на виды из окна, а затем снова произнес: «Слушай, я в детстве знавал одного малого по имени Джон МакДональд». И повторил почти слово в слово те же самые истории. Еще через несколько минут он в третий раз проделал то же самое. В конце концов Сюзэн убрала злосчастную упаковку с глаз долой.
Несмотря на трагичность произошедшего с HM, для нейробиологии его состояние оказалось настоящим научным прорывом.
Длительное и короткое
Похоже, что гиппокамп играет ключевую роль в тех областях памяти, которые отвечают за наши личную и интеллектуальную жизнь. Согласно нейрофизиологу Хьюго Спирсу (Hugo Spiers) из Университетского колледжа Лондона, гиппокамп это не единственная часть мозга, необходимая для формирования памяти. Хотя его изучению в лабораториях сейчас отдан приоритет, тем не менее в процесс создания памяти включена и кора головного мозга.
Допустим, вчера вы любовались розами и вдохнули аромат одной из них. Событие было обработано определенными областями коры, отвечающими за зрение и запах. Если на следующий день мы решили вспомнить это событие, происходит повторная активация тех же самых регионов. Данная идея была распространена в нейробиологии на протяжении многих лет, но экспирементальное ее обоснование было получено лишь в последнее десятилетие, благодаря развитию технологий сканирования головного мозга. На картах сканирования мозга «зажигаются» одни и те же области, при первом предъявлении какой-либо картинки и последующем акте вспоминания этой картинки.
Кратковременное запоминание аромата розы не затрагивает гиппокамп, как показал случай Молейсона. Но, если вы захотите запечатлеть в памяти событие, которое длилось более половины минуты, тогда произойдет укрепление связей между различными областями коры и гиппокампа. Гиппокамп связан со многими областями коры, что позволяет «зацементировать» вместе разные аспекты памяти определенного события.
В этом году роль гиппокампа была прояснена еще лучше. В время одного из исследований участникам предлагали запомнить несвязанные между собой объекты – например Барака Обаму с бумажником на кухне, во время этого проводилось сканирование их мозга. Оказалось, что наиболее прочно запоминаются те группы объектов, которые вызвали наибольшую активность в гиппокампе. Гиппокамп позволяет вспомнить все объекты в совокупности.
Это открытие позволило объяснить одно из известных свойств памяти – вспоминание одного из аспектов события вызывает к жизни память и о других его сторонах. Например, услышав давно знакомую песню по радио, мы легко переносимся в то время когда впервые ее услышали. Или вкус вареной сгущенки напоминает нам о первых детских опытах с готовкой на кухне.
Запутанная паутина
Похоже, что память это некая физическая сущность, своего рода паутина, образуемая связанными друг с другом нейронами, связи между которыми укреплены, что позволяет их совместную активацию. Нити этой паутины обвивают кору головного мозга и спускаются глубоко внутрь к гиппокампу.
Но с гиппокампом еще не все до конца ясно. Исследования на мышах и крысах показывают, что гиппокамп крайне важен для ориентирования на местности, это своего рода спутниковая навигация у грызунов. Размещая электроны на головах мышей и крыс, нейрофизиологи выяснили, что определенные нейроны активируются только тогда, когда грызун находится в конкретном месте. Эти нейроны получили название «позиционные клетки» (place cells). То, какая из комбинаций нейронов активирована позволяет определить положение крысы с точностью до 5 кв. см.
Каким же образом память и ориентирование сосредоточены в одном регионе мозга? По мнению Спирса, первой возникла система ориентирования. Любому двигающемуся существу она необходима. В последствии, когда у млекопитающих развилось усложнение психической жизни, гиппокамп включился в систему запоминания событий. «В настоящее время при операциях, подобных операции на мозге Молейсона, чтобы предотвратить проблемы с памятью, удаляют только один гиппокамп» - отмечает нейрохирург Итцхак Фрид (Itzhak Fried) из Калифорнийского университета (Лос-Анжелес).
После операции пациенты остаются на пару недель в клинике, позволяя подробно исследовать оставшийся гиппокамп. Благодаря этому удалось доказать, что подобно тому, как у грызунов определенные нейроны активируются при нахождении в конкретном месте, у людей в гиппокампе активируются нейроны при распознавании определенного объекта. Это может быть место, где был раньше пациент, знакомый человек, вообще что угодно. Группа по руководством д-ра Фрида популяризовала эту концепцию дав ей название «Нейроны Дженнифер Энистон» - поскольку у первого пациента, которого они исследовали, при виде фотографии актрисы активировался определенный нейрон в оставшемся гиппокампе.
Можно спросить: при чем здесь гиппокамп, ведь за распознавание людей отвечает кора головного мозга?
Дженнифер Энистон
Доктор Родриго Куирога (Rodrigo Quiroga) из Университета Лейчестера (Великобритания) работает совместно с нейрохирургом Фридом. По его мнению, различные участки зрительной коры головного мозга помогают нам распознать актрису при разных условиях – ракурсах, освещении, цвете волос, гриме и т.п. А нейроны гиппокампа «этим не интересуются» - для них главное это бинарное состояние: либо актриса есть, либо ее нет. Они активируются даже тогда, когда произносится или печатается ее имя. «Это абстрактная концепция» - поясняет Куирога.
И вот как совместно действуют две системы. Допустим, формируется долгосрочная память события при котором мы увидели Дженнифер Энистон. При этом необходимо чтобы нейроны зрительной коры мозга активировали определенные нейроны в гиппокампе. Если вы столкнетесь с актрисой у Эйфелевой башни, нейроны гиппокампа, «помнящие» Энистон начнут активироваться одновременно с нейронами, «помнящими» Эйфелеву башню. Благодаря этому связи между ними укрепятся, и сформируется долгосрочная память о событии. Несмотря на то что это теория, Фрид и Куирога получили экспериментальное ее доказательство: вначале пациентам показывали фотографии Энистон на фоне Эйфелевой башни, после чего предъявляли им фотографию только Эйфелевой башни – при это активировались «нейроны Энистон».
Похоже, что Куирога и его группа стали свидетелями рождения новой памяти в мозгу пациента. Им даже удалось выяснить, сколько нейронов участвует в процессе. Для этого вначале они провели некоторые вычисления, предположив что в гиппокампе сосредоточено примерно 1 млрд. нервных клеток, а средний человек может запомнить порядка 10 000 концептов (мест, объектов, лиц, знаменитостей). При предъявлении добровольцам рандомизированных фотографий, стало ясно что у определенного нейрона шанс активации равен 0,1 процента. Это приводит к мысли что каждый концепт кодируется приблизительно в 1 млн. нейронов. Таким образом, воспоминание встречи с Дженифер Энистон у Эйфелевой башни в день вашего рождения потребует 3 млн. нейронов. При этом не всегда для этого потребуются нейроны коры головного мозга.
Представление о памяти как собрании концептов довольно интересно, поскольку оно наводит на мысль об их большой роли в мыслительном процессе.
Некоторые ученые, например Демис Хассабис (Dennis Hassabis), руководитель проекта Google’s Deep Mind принимают эту теорию и развивают ее в процессе изучения методов совершенствования искусственного интеллекта. Хассабису удалось показать что людям с поврежденным гиппокампом одинаково сложно думать о будущих и прошедших событиях, что говорит об участии памяти в мыслительном процессе. Разложение мира на концепты может быть не только в основе памяти, но и нашем представлении о настоящем и будущем. Возможно, в этой идее и ключ к объяснению творчества человека. «Если так работает память, то воображение должно базироваться на тех же самых процессах» - отмечает Хассабис.
Так каким же образом память создает нас? Хассабис отвечает: «Память это ядро нас и нашей личности. Хоть это и клише, но оно верное: мы это сумма наших воспоминаний».
Итак память это не только прошлое, но и настоящее и будущее.
Автор – Клэр Вилсон
По материалам New Scientist, выпуск 28.11.2015
Перевод вашего покорного слуги.
|
Вход
Библиотека
Правила
Блоги
FAQ
Поиск
