Как устроена наша память и почему держать много воспоминаний в мозгу — плохо? Ликбез от нейрофизиолога
Подписаться:
Поделиться:
У любого воспоминания в нашей памяти есть свой жизненный цикл. Как они зарождаются, где сохраняются и почему одни события (и факты) мы помним лучше других, рассказывает биохимик, биоинформатик и нейрофизиолог Елена Белова в новой книге «Автостопом по мозгу. Когда вся вселенная у тебя в голове».
Перед тем как стать воспоминанием, информация поначалу поступает в мозг в виде опыта, полученного нами в ощущениях, затем обрабатывается сенсорными системами мозга и уже оттуда попадает в гиппокамп.
На первом этапе формирования памяти поступающая информация кодируется внутри гиппокампа в памятный след. Разрозненные элементы происходящего соединяются в объединенное представление, отдельные люди, их реплики и действия, звуки, объекты и запахи составляются в цельный эпизод, который хранится в гиппокампе и связанных с ним отделах. Затем памятный след проходит этап консолидации — с течением времени некоторые детали стираются из памяти, остальное прочнее закрепляется в сети воспоминаний.
Именно в гиппокампе информация, поступающая в мозг, кодируется, чтобы преобразоваться памятный след.
Наиболее яркие и значимые воспоминания могут оставаться с нами на долгие десятилетия или даже на всю жизнь. Некоторым воспоминаниям уготована другая судьба — самые важные их элементы утратят связь со временем и местом и станут частью сети наших знаний и представлений, переместившись из эпизодической памяти в семантическую.
Воспоминания не любят храниться без дела — от этого они слабеют, теряют точность и постепенно забываются. В памяти выживают и надолго остаются только те, которыми мы регулярно пользуемся, то и дело извлекая из памяти и активируя памятный след. Те воспоминания, которые мы не используем, постепенно стираются из памяти и в какой-то момент могут бесследно исчезнуть — этот процесс, как нетрудно догадаться, называется забыванием.
Про кодирование или какую информацию любит сохранять мозг
На этапе кодирования из разрозненных впечатлений формируется общий памятный след — впоследствии он может исчезнуть или глубоко впечататься в память. Чтобы такой след мог сформироваться, первоначально вся воспринимаемая информация, поступающая от органов чувств, преобразуется во внутреннее представление, которое мы пытаемся каким-то образом интерпретировать и осмыслить. На этом этапе к памятному следу иногда подключаются элементы того, что мы уже знали до этого, если они имеют отношение к нашим нынешним намерениям и переживаниям. Затем такое внутреннее представление преобразуется в устойчивый след, который позволяет первичному впечатлению всплыть на поверхность сознания в любой момент, когда это понадобится, — формируется энграмма.
Как мозг проводит процесс отбора и решает, какую информацию стоит запомнить, а что можно предать забвению? Существуют факторы, которые могут повлиять на то, впечатается ли наш новый опыт в память или нет.
Во-первых, мы гораздо лучше запоминаем информацию, которая хорошо согласуется со знаниями и фактами, которые уже хранятся в нашей голове. Если человек придерживается научной картины мира, он вряд ли запомнит обстоятельства, которые не очень-то согласуются с его взглядами, и, наоборот, мистик будет игнорировать научные объяснения тех фактов, которые представляются ему Провидением или знаками Вселенной. Если мы искренне восхищаемся человеком, то, скорее всего, пропустим информацию, что он повел себя нетактично в какой-то ситуации, но если этот тип давно нам не нравился, его некрасивый поступок станет неопровержимым подтверждением подозрений и наверняка отложится в памяти.
Кроме того, люди гораздо лучше запоминают эмоционально окрашенные события — неважно, приятные или тяжелые чувства будут связаны с воспоминанием. Эмоции — один из лучших индикаторов важности происходящего. То, что вызывает бурю эмоций, скорее всего, может здорово повлиять на нашу жизнь, поэтому такая информация играет особую роль и прочно врезается в память. При этом мы не только лучше запоминаем сам факт произошедшего: такие воспоминания содержат больше подробностей, включая нейтральные (например, цвет футболки, человека, который нас обидел, или что было изображено на плакате за его спиной).
Еще один важный фактор, облегчающий запоминание, — новизна. В новой обстановке люди лучше усваивают материал, который необходимо запомнить. Вероятно, новизна создает временное окно, когда обучение происходит более эффективно, — вполне возможно, что не последнюю роль здесь играет дофамин, выделяющийся в ответ на новизну.
Как работает человеческая память: одна из главных научных проблем
На сегодняшний день даже ответы на базовые вопросы — как работает память и что она собой представляет во времени и пространстве — могут состоять в основном из гипотез и предположений. Если говорить о пространстве, то до сих пор не очень понятно, как память организована и где конкретно в мозге расположена. Данные науки позволяют предположить, что элементы ее присутствуют везде, в каждой из областей нашего «серого вещества». Более того, одна и та же, казалось бы, информация может записываться в память в разных местах.
Например, установлено, что пространственная память (когда мы запоминаем некую впервые увиденную обстановку — комнату, улицу, пейзаж) связана с областью мозга под названием гиппокамп. Когда же мы попытаемся достать из памяти эту обстановку, скажем, десять лет спустя — то эта память уже будет извлечена из совсем другой области. Да, память может перемещаться внутри мозга, и лучше всего этот тезис иллюстрирует эксперимент, проведенный некогда с цыплятами. В жизни только что вылупившихся цыплят играет большую роль импринтинг — мгновенное обучение (а помещение в память — это и есть обучение). Например, цыпленок видит большой движущийся предмет и сразу «отпечатывает» в мозге: это мама-курица, надо следовать за ней. Но если через пять дней у цыпленка удалить часть мозга, ответственную за импринтинг, то выяснится, что. запомненный навык никуда не делся. Он переместился в другую область, и это доказывает, что для непосредственных результатов обучения есть одно хранилище, а для длительного его хранения — другое.
Запоминаем с удовольствием
Но еще более удивительно, что такой четкой последовательности перемещения памяти из оперативной в постоянную, как это происходит в компьютере, в мозге нет. Рабочая память, фиксирующая непосредственные ощущения, одновременно запускает и другие механизмы памяти — среднесрочную и долговременную. Но мозг — система энергоемкая и потому старающаяся оптимизировать расходование своих ресурсов, в том числе и на память. Поэтому природой создана многоступенчатая система. Рабочая память быстро формируется и столь же быстро разрушается — для этого есть специальный механизм. А вот по-настоящему важные события записываются для долговременного хранения, важность же их подчеркивается эмоцией, отношением к информации.
Механизмы эмоционального, то есть биохимического подкрепления памяти сейчас активно изучаются. Проблема лишь в том, что лабораторные исследования подобного рода можно вести только на животных, но много ли способна рассказать нам о своих эмоциях лабораторная крыса?
Если мы что-то сохранили в памяти, то порой приходит время эту информацию вспомнить, то есть извлечь из памяти. Но правильно ли это слово «извлечь»? Судя по всему, не очень. Похоже, что механизмы памяти не извлекают информацию, а заново генерируют ее. Информации нет в этих механизмах, как нет в «железе» радиоприемника голоса или музыки. Но с приемником все ясно — он обрабатывает и преобразует принимаемый на антенну электромагнитный сигнал. Что за «сигнал» обрабатывается при извлечении памяти, где и как хранятся эти данные, сказать пока весьма затруднительно. Однако уже сейчас известно, что при воспоминании память переписывается заново, модифицируется, или по крайней мере это происходит с некоторыми видами памяти.
Не электричество, но химия
В поисках ответа на вопрос, как можно модифицировать или даже стереть память, в последние годы были сделаны важные открытия, и появился целый ряд работ, посвященных «молекуле памяти».
На самом деле такую молекулу или по крайней мере некий материальный носитель мысли и памяти пытались выделить уже лет двести, но все без особого успеха. В конце концов нейрофизиологи пришли к выводу, что ничего специфического для памяти в мозге нет: есть 100 млрд нейронов, есть 10 квадрильонов связей между ними и где-то там, в этой космических масштабов сети единообразно закодированы и память, и мысли, и поведение. Предпринимались попытки заблокировать отдельные химические вещества в мозге, и это приводило к изменению в памяти, но также и к изменению всей работы организма. И лишь в 2006 году появились первые работы о биохимической системе, которая, похоже, очень специфична именно для памяти. Ее блокада не вызывала никаких изменений ни в поведении, ни в способности к обучению — только потерю части памяти. Например, памяти об обстановке, если блокатор был введен в гиппокамп. Или об эмоциональном шоке, если блокатор вводился в амигдалу. Обнаруженная биохимическая система представляет собой белок, фермент под названием протеинкиназа М-зета, который контролирует другие белки.
Молекула работает в месте синаптического контакта — контакта между нейронами мозга. Тут надо сделать одно важное отступление и пояснить специфику этих самых контактов. Мозг часто уподобляют компьютеру, и потому многие думают, что связи между нейронами, которые и создают все то, что мы называем мышлением и памятью, имеют чисто электрическую природу. Но это не так. Язык синапсов — химия, здесь одни выделяемые молекулы, как ключ с замком, взаимодействуют с другими молекулами (рецепторами), и лишь потом начинаются электрические процессы. От того, сколько конкретных рецепторов будет доставлено по нервной клетке к месту контакта, зависит эффективность, большая пропускная способность синапса.
Белок с особыми свойствами
Протеинкиназа М-зета как раз контролирует доставку рецепторов по синапсу и таким образом увеличивает его эффективность. Когда эти молекулы включаются в работу одновременно в десятках тысяч синапсов, происходит перемаршрутизация сигналов, и общие свойства некой сети нейронов изменяются. Все это мало нам говорит о том, каким образом в этой перемаршрутизации закодированы изменения в памяти, но достоверно известно одно: если протеинкиназу М-зета заблокировать, память сотрется, ибо те химические связи, которые ее обеспечивают, работать не будут. У вновь открытой «молекулы» памяти есть ряд интереснейших особенностей.
Во-первых, она способна к самовоспроизводству. Если в результате обучения (то есть получения новой информации) в синапсе образовалась некая добавка в виде определенного количества протеинкиназы М-зета, то это количество может сохраняться там очень долгое время, несмотря на то что эта белковая молекула разлагается за три-четыре дня. Каким-то образом молекула мобилизует ресурсы клетки и обеспечивает синтез и доставку в место синаптического контакта новых молекул на замену выбывших.
Во-вторых, к интереснейшим особенностям протеинкиназы М-зета относится ее блокирование. Когда исследователям понадобилось получить вещество для экспериментов по блокированию «молекулы» памяти, они просто «прочитали» участок ее гена, в котором закодирован ее же собственный пептидный блокатор, и синтезировали его. Однако самой клеткой этот блокатор никогда не производится, и с какой целью эволюция оставила в геноме его код — неясно.
Третья важная особенность молекулы состоит в том, что и она сама, и ее блокатор имеют практически идентичный вид для всех живых существ с нервной системой. Это свидетельствует о том, что в лице протеинкиназы М-зета мы имеем дело с древнейшим адаптационным механизмом, на котором построена в том числе и человеческая память.
Конечно, протеинкиназа М-зета — не «молекула памяти» в том смысле, в котором ее надеялись найти ученые прошлого. Она не является материальным носителем запомненной информации, но, очевидно, выступает в качестве ключевого регулятора эффективности связей внутри мозга, инициирует возникновение новых конфигураций как результата обучения.
Внедриться в контакт
Сейчас эксперименты с блокатором протеинкиназы М-зета имеют в некотором смысле характер «стрельбы по площадям». Вещество вводится в определенные участки мозга подопытных животных с помощью очень тонкой иглы и выключает, таким образом, память сразу в больших функциональных блоках. Границы проникновения блокатора не всегда ясны, равно как и его концентрация в районе участка, выбранного в качестве цели. В итоге далеко не все эксперименты в этой области приносят однозначные результаты.
Подлинное понимание особенностей памяти и процессов, происходящих в ней, может дать работа на уровне отдельных синапсов, но для этого необходима адресная доставка блокатора в контакт между нейронами. На сегодняшний день это невозможно, но, поскольку такая задача перед наукой стоит, рано или поздно инструменты для ее решения появятся. Особые надежды возлагаются на оптогенетику. Установлено, что клеткой, в которой методами генной инженерии встроена возможность синтеза светочувствительного белка, можно управлять с помощью лазерного луча. И если такие манипуляции на уровне живых организмов пока не производятся, нечто подобное уже делается на основе выращенных клеточных культур, и результаты весьма впечатляющие.
Автор — доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, профессор, директор ИВНДиНФ РАН
7 удивительных фактов о человеческой памяти
Память похожа на большую библиотеку, в которой хранятся детские воспоминания, математические формулы, профессиональные знания и когда-то испытанные ощущения. Она продолжает формироваться на протяжении всей жизни, накапливая индивидуальный опыт человека и позволяя ему в любой момент оперативно извлекать нужные данные.
Исследования американских нейрофизиологов показали, что наша память способна вместить петабайт (или тысячу терабайт) данных. Это в десять раз больше, чем предполагалось ранее. И все же многие психические процессы и механизмы, связанные с запоминанием, до конца не изучены.
Резерв памяти можно увеличить
Считается, что человеческая память продолжает развиваться до 25 лет. В среднем пик ее возможностей проявляется в возрасте 19–20 лет, а первые признаки затухания — после пятидесяти. Однако с помощью регулярных тренировок этот процесс можно замедлить. Как и многие функции мозга, память поддается развитию. Для улучшения ее характеристик существуют самые разные приемы, методы и технологии, совокупность которых называют мнемоникой.
Особых успехов в развитии памяти добился Самвел Гарибян, российский предприниматель и двукратный рекордсмен Книги рекордов Гиннесса. С помощью тренировок он вывел объем усваиваемой информации на такой уровень, что мог мгновенно запоминать любые устные и печатные материалы. Один из рекордов Гарибян поставил в 1990 году. Мнемонист почти безошибочно повторил тысячу неизвестных ему иностранных слов из десяти разных языков. Спустя десять лет он запомнил и воспроизвел две тысячи не связанных смыслом русских слов.
Механизм дежавю — ошибка
Этим понятием принято обозначать состояние, при котором человеку кажется, будто он уже был в подобной ситуации. Мы начинаем узнавать незнакомые интерьеры, голоса и лица новых людей, смутно предвидим дальнейшее развитие событий. Эффект дежавю напоминает повторный просмотр фильма, когда-то увиденного и давно забытого. При этом длится он всего несколько секунд и не может быть вызван искусственно.
Ученые до сих пор не пришли к единому мнению по поводу его природы. Одни говорят, что это явление может быть связано с генетической памятью. Другие уверены, что все дело в нарушении работы гиппокампа. Из-за сбоев в глубинных слоях височной доли головного мозга мы воспринимаем новую ситуацию как хорошо знакомую. Третьи считают дежавю следствием реинкарнации. А Зигмунд Фрейд связывал его с сюжетами забытых снов.
Первые воспоминания появляются еще до рождения
Еще в прошлом веке ученые верили, что младенцы появляются на свет с совершенно чистой памятью. Однако современные исследования позволили выяснить, что эмбрион начинает запоминать некоторые события уже в утробе матери. В ряде экспериментов ученые с помощью специальной аппаратуры посылали младенцам определенный звуковой сигнал. После пятого прослушивания ребенок переставал реагировать на один и тот же звук и в дальнейшем быстро его узнавал.
Подобное явление наблюдается уже на девятнадцатой неделе беременности. Интересно, что так называемую пренатальную музыку младенцы помнят даже после появления на свет. Это дает возможность говорить о существовании у плода не только краткосрочной, но и долгосрочной памяти.
На способности человека к запоминанию влияют индивидуальные факторы. По этой причине у одних преобладает зрительный вид памяти, у других — слуховой. Третьи лучше всего запоминают мышечные комбинации, движения и их схемы. Кроме того, объем кратковременной памяти у всех разный, также как прочность и скорость запоминания новой информации.
К числу определяющих факторов относятся возраст, состояние здоровья, гормональный фон, особенности нервной системы, уровень воспитания, характер работы и даже рацион. Например, скудное питание при диете и злоупотребление алкоголем оказывают на память негативное воздействие. Образная память сильнее всего развита у артистов, а вкусовая и обонятельная — у дегустаторов.
Бывают и ложные воспоминания
Человеческая память — не самое надежное устройство для записи данных. Воспоминания, которые мы храним у себя в голове, со временем меняются и поддаются искажениям. Они не только тускнеют, но и дополняются новыми подробностями, которых не существовало в реальности. Кроме того, ложные сведения можно намеренно внедрить в чье-то сознание. Речь идет не только об отдельных вымышленных деталях, но и о событиях, которых никогда не было.
К таким выводам пришли ученые. Например, американский психолог Элизабет Лофтус убеждал своих испытуемых в том, что в детстве они подвергались нападению животных, надолго терялись в зоомагазине и даже целовали лягушек. Для этого она использовала поддельные видеоролики, в которых соединялись выдуманные и реальные детали. Родители участников подтвердили Лофтус, что ничего подобного с их детьми не происходило. Однако около 30% опрошенных присваивали себе ложные воспоминания и даже начинали давать подробные описания этих событий.
Память необходимо включать
Память и внимание тесно взаимосвязаны. Чтобы начать усваивать новую информацию, необходимо сконцентрироваться и настроить себя на процесс запоминания. В противном случае нужные сведения не будут усвоены и не дойдут до хранилища памяти. Пассивно воспринятая информация не откладывается в голове и быстро забывается. Именно поэтому в процессе обучения так важно исключить отвлекающие факторы. Например, смартфоны и интернет.
Если озвучить какие-либо сведения без предупреждения о том, что их потребуется повторить, — вероятнее всего, человек их не запомнит. Чтобы активизировать память, нужно заинтересоваться материалом, сосредоточиться на нем.
Плохие воспоминания стираются быстрее
Забывание — одна из основных функций памяти. Оно помогает стереть неактуальную информацию и уберечь нервную систему от перенапряжения. При этом мозг быстрее вытесняет негативные впечатления, оставляя в памяти наиболее приятные и желанные моменты. Если бы плохие воспоминания со временем не стирались, то накопленные отрицательные эмоции продолжали бы оказывать деструктивное воздействие на психику. Сегодня существуют специальные тренинги, направленные на блокировку ненужной информации.
В психотерапевтической практике встречается такое явление, как гипертимезия. Люди с этим редким синдромом, например американская писательница Джилл Прайс, помнят всю свою жизнь в мельчайших подробностях. Защитный механизм, который вытесняет из памяти негативные эмоции и воспоминания, в их случае просто не работает.
Искажая реальность: как работает человеческая память и что такое ложные воспоминания
Наш мозг — крайне несовершенный инструмент записи, хранения и воспроизведения данных. Каждый раз, когда мы что-то вспоминаем, мы перезаписываем информацию и вносим правки, поэтому спустя некоторое время настоящие воспоминания обрастают ложными.
Ранее считалось, что память базируется на электрических импульсах, проводимых клетками мозга, однако чуть меньше 10 лет назад это представление в корне изменилось. Причиной стало обнаружение особых клеток в гиппокампе — энграм-нейронов, в которых хранились отдельные воспоминания. Теперь ученые считают, что память носит электрохимическую природу и очень сильно зависит от обмена веществ в нейронах.
Долговременная и кратковременная память
В большинстве электронных устройств (в смартфонах и компьютерах уж точно) имеется оперативная (ОЗУ) и постоянная память (ПЗУ). Первая используется для сиюминутных задач и хранит данные пока на оперативку подается напряжение. В то же время ПЗУ хранит информацию продолжительное время и не зависит от подачи питания.
У человека также имеется два вида памяти: кратковременная и долговременная. Может показаться, что человеческая и электронная память чем-то схожи между собой, но на деле это не так. Краткосрочная память способна устойчиво хранить информацию в течение 20 секунд и если ее не повторить, то она стирается спустя 30 секунд после поступления новых данных. Однако некоторая ее часть все же переходит в долговременную и этот процесс называется консолидацией. Время жизни долговременной памяти сравнимо с продолжительностью жизни самого организма, а ее объем около 125 терабайт. При этом она подвержена изменениям и способна утрачивать некоторые детали, поэтому ученые всерьез задумались о симбиозе электронной и человеческой памяти — создании флешки для мозга.
Жесткий диск для мозга — возможно ли?
О создании флеш-накопителя, подключаемого к мозгу человека, пока речи не идет — это просто невозможно. Сейчас у человечества нет ни полноты знаний о функционировании нашей памяти, ни технологий для правильного внедрения той же флешки в мозг.
Однако работы в этом направлении ведутся и уже есть некоторые результаты — ученые из Университета Южной Калифорнии сумели создать имплантат для улучшения процесса запоминания. Его задача состоит в сохранении кода клеток мозга с последующим его воспроизведением. Проведенные испытания установили, что имплантат улучшает оба вида человеческой памяти почти на 40%.
Исследование в первую очередь направлено на помощь пациентам, страдающим нейродегенеративными недугами, вызванными болезнью Альцгеймера, инсультом или головными травмами. Имплантат применялся только в поврежденных участках мозга для записи правильных ответов в ходе экспериментов. Затем, при повторном тесте, полученный ранее правильный код клеток воспроизводился и помогал больным снова дать верный ответ. Итог мероприятия: краткосрочная память у испытуемых улучшилась на 37%, а долгосрочная на 35%.
Как отметил руководитель исследования Роберт Хэмпсон, им удалось достичь положительного результата, улучшив способности больных с нарушением памяти. Возможность отделения ложных воспоминаний от истинных тем самым стимулирует врожденные механизмы запоминания, а не заменяет их. Следующая цель — удержание приобретенных воспоминаний.
Ложные воспоминания — помнят то, чего не было
Ложные воспоминания являются излюбленной темой многих научно-фантастических произведений. При этом они являются весьма обыденной вещью для почти 100% людей за редкими исключениями. Ничего необычного в них нет по одной простой причине — так уж устроен мозг с его реконструктивным характером памяти.
Еще в конце 20 века ученые поняли, что наша память изменяема и она постоянно перезаписывается на протяжении всей жизни. Помимо экспериментов есть немало реальных случаев, когда люди из-за ложных воспоминаний вдруг начинали обвинять близких и родственников в том, чего те не делали.
Ложные воспоминания — мощный инструмент для помощи людям, которые когда-то подвергались насилию и жестокости. Однако в плохих руках этим инструментом можно не только заставить свидетеля дать ложные показания, но и без преувеличения — переписать историю, изменить отношение людей к историческим и политическим событиям в прошлого.
Лишенные забвения, или помнить все
Как мы сказали, есть исключения, люди, память которых намного прочнее и объемнее, чем у большинства из нас. Объем краткосрочной памяти в среднем равен 7–9 элементам, а время хранения — 18–20 секунд. Но все же существуют люди, способные запомнить намного больше и на значительно более долгий срок.
Еще одним соотечественником с феноменальной памятью является Соломон Шерешевский. Во время работы корреспондентом в одной из газет Москвы, он не пользовался блокнотом для нотирования редакционных заданий. Это заметил его начальник и посоветовал обратиться к психологам, которые выяснили, что Шерешевский способен запоминать более 7–9 единиц: десятки слов, выражений, чисел, фраз и даже предложений, помня их годами!
