Моя дочка пошла в первый класс и столкнулась с тем, что правила приходилось заучивать наизусть. Ей это очень тяжело давалось поначалу. Даже если она могла повторить весь текст в первый час после заучивания, то потом часть информации терялась. А я помнила эти правила наизусть ещё со школы.
Тогда мой маленький гений задал вполне логичный и мудрый вопрос: «Почему я не могу вспомнить правило, которое учила сегодня, а ты знаешь его до сих пор?». С ответом я не торопилась – решила изучить теорию и сопоставить с жизненным опытом.
Изучение вопроса я начала с основ. Что же такое память? Где хранится память человека? Какова структура памяти?
Согласно определению, это мыслительный процесс, состоящий из следующих компонентов: запоминание, хранение, воспроизведение и забывание.
Как работает память? Она формируется на протяжении всей жизни и хранит наш жизненный опыт. Физически процесс можно описать возникновением новых связей между огромным количеством нейронов головного мозга.
Процессы в головном мозге не изучены до конца, и учёные продолжают исследования в этой области человеческого организма.
О том, где находится память человека, до сих пор ведутся споры. На сегодняшний день доказано, что за эту часть сознания отвечают следующие участки мозга: подкорковый гиппокамп, гипоталамус, таламус, кора полушарий.
Основными местами хранения являются гиппокамп и кора. Гиппокамп находится в височной доле по обе стороны головного мозга. На вопрос о том, какое полушарие отвечает за память, можно смело ответить, что оба, только правая доля «контролирует» фактические и лингвистические данные, а левая – хронологию жизненных событий.
Появление нейронных связей обусловлено работой рецепторов органов чувств: зрения, вкуса, обоняния, осязания и слуха. Головной мозг фиксирует все электрические импульсы от них, причём наиболее яркие моменты, вызывающие сильные эмоции (например, первая любовь), запоминаются лучше.
Таким образом эмоции человека оказывают влияние на память.
У каждого человека возможно преобладание запоминающего свойства посредством какого-либо органа чувств.
Например, одни хорошо выучивают текст из учебника при чтении, другим лучше услышать текст от другого человека, у третьих отменная память на запахи и так далее.
Различные внешние и внутренние факторы влияют на «качество» нашей памяти. Много причин, вызывающих нарушения этого процесса.
К внутренним причинам относят неправильное обращение с информацией по следующим направлениям:
- запоминание – чтобы информация не забылась, с ней нужно работать;
- помехи – большое количество новой информации приводит к забыванию важной ранее приобретённой информации;
- вытеснение – негативные воспоминания забываются быстрее;
- искажение – запоминание и воспроизведение информации происходит на фоне наших чувств и эмоций, поэтому такая обработка делает данные субъективными;
- ошибки хранения и воспроизведения – если данные запомнились с ошибками или неточностями, или не полностью, то их воспроизведение окажется неверным.
Внешних причин тоже достаточно:
- Генетические отклонения (например, аутизм).
- Гормональные нарушения (в том числе, сахарный диабет, патология щитовидной железы).
- Депрессивные или стрессовые состояния и заболевания (невроз, шизофрения).
- Истощение организма, вызванное переутомлением, бессонницей, болезнью, плохим питанием, алкоголизмом, курением, приёмом некоторых препаратов (например, бензоди-азепинов).
- Возрастные изменения (болезнь Альцгеймера).
Особенно пагубно, помимо заболеваний и травм, действует на память увлечение алкоголем. Известно, что даже разовое употребление спиртного приводит к нарушениям, а при алкоголизме происходит разрушение нейронных связей в гиппокампе, нарушение мозгового кровообращения, возникновение авитаминоза.
Всё это приводит к потере способности усваивать новую информацию.
Такие острые состояния, как инсульт и инфаркт, также способны вызвать уничтожение нейронных связей, причём последствия могут быть колоссальными, и для восстановления нужно много времени, сил и терпения. Иногда все попытки являются безуспешными.
В гиппокампе содержится вещество – ацетилхолин, — отвечающее за передачу импульсов от одного нейрона к другому. Недостаток его служит причиной нарушения памяти. Особенно это явление наблюдается в старческом возрасте и вызывает болезнь Альцгеймера.
Структура
Длительное изучение того, как устроена память человека, повлекло создание подробной классификации. Одним из критериев является продолжительность хранения информации. Согласно ему можно выделить следующие виды памяти:
- мгновенная (сенсорная);
- кратковременная;
- оперативная;
- долговременная.
Мгновенная характеризуется тем, что информация фиксируется рецепторами органов чувств, но обработке не подлежит. Она, в свою очередь, делится на иконическую (зрительное восприятие) и эхоическую (слуховое восприятие).
Пример иконического вида – вы видите на улице баннер с рекламой и номером телефона, через секунду вы уже этот номер не вспомните. Эхоический вид можно рассмотреть также на рекламе, но номер телефона вы не увидели, а услышали по радио. Мгновенная память позволяет хранить информацию до 5 секунд.
Кратковременная является последствием однократного восприятия и немедленного воспроизведения. Если взять пример с правилом для первого класса, когда дочка читает его по слогам один раз без повторения. Удержать правило в памяти она сможет на протяжении времени от 5 секунд до одной минуты.
За кратковременную память отвечает гиппокамп. Доказательством является тот факт, что при повреждении гиппокампа (во время оперативного вмешательства, например) человек сразу же забывает только что произошедшее с ним событие, но помнит информацию, накопившуюся до повреждения.
Оперативная память – это то же, что и кратковременная, но информация хранится только в пределах периода её использования. Например, дочка прочитала правило и использовала его для выполнения упражнения из домашней работы, а после забыла.
Этот вид позволяет человеку быстро решать проблему здесь и сейчас и забывать ненужную впоследствии информацию.
Долговременная хранится в коре полушарий мозга. Она развивается одновременно с кратковременной и является её следствием. После многократного запоминания и применения информации, находящейся в пределах кратковременной памяти, происходит её фиксация в головном мозге, а именно в коре полушарий, на длительное время или даже на всю жизнь.
Это пример, когда правило, выученное в первом классе и применяющееся на протяжении 11 лет обучения в школе, запоминается навсегда. Долговременная память требует участия всех ресурсов сознания: психического, чувственного и интеллектуального.
Только осознанная и осмысленная в полной мере информация может занять место в долговременной памяти человека.
Структура памяти упрощённо представляется следующей схемой: запоминание – сохранение – воспроизведение. При запоминании происходит выстраивание новых нейронных связей.
Благодаря этим связям мы вспоминаем (воспроизводим) информацию. Воспоминания могут быть извлечены из долговременной памяти самостоятельно или под воздействием раздражителей на определённые участки головного мозга (например, гипноз).
На продолжительность сохранения информации влияет внимание человека к последней. Чем больше сконцентрировано внимания, тем более длительно информация будет храниться.
Неотъемлемой частью памяти является также забывание. Этот процесс необходим для разгрузки центральной нервной системы от ненужных воспоминаний.
Вывод
Теперь я могу ответить на вопрос дочери:
- Память представляет собой процесс из нескольких отдельных составляющих. Чтобы запомнить информацию, нужно осмыслить её, много раз повторить и периодически применять на практике. Это обусловлено определёнными свойствами головного мозга и, соответственно, существованием нескольких видов памяти.
- Важно знать, где хранится память, чтобы понимать, от чего зависит запоминание правила. Она содержится в головном мозге с большим количеством нейронов. Для фиксации информации в коре полушарий необходимо создание прочных нейронных связей.
- Знание о том, как устроена память, поможет развить её, и получить от этого процесса удовольствие.
Эта часть сознания связана с органами чувств, поэтому можно понаблюдать, как текст лучше запоминается: при чтении или на слух.
Процесс запоминания связан также и с интеллектом: чем больше и качественнее мы учим, тем легче запоминание будет даваться впоследствии.
Успешное запоминание связано с психическим состоянием человека: подавленное настроение может помешать процессу; чем больше положительных эмоций, интереса проявляет человек к информации, тем внимательнее он её изучает, и тем лучше её запоминает.
То есть важно иметь положительный настрой. Для детей можно создать условия игры для привлечения внимания.
Необходимость развития
Устройство памяти человека предполагает взаимосвязь с интеллектом. Развивая её, мы развиваем и интеллект.
Человек, который много времени уделяет запоминанию и осмыслению, становится более внимательным и организованным, у него развиваются все виды мышления, воображение и творческие способности. Кроме того, такая тренировка мозга предупреждает возрастные болезни, связанные с нарушением памяти.
В зависимости от целей тренировки запоминания выделяют три направления использования:
- Бытовое направление – нужно для устранения забывчивости на бытовом уровне (например, периодическое забывание телефона дома).
- Естественное – когда тренировка памяти сочетается со здоровым образом жизни, а результаты могут использоваться в любой сфере деятельности человека.
- Искусственное – это применение мнемотехник, освоение которых позволяет запоминать колоссальные объёмы различной информации.
Неважно, какой способ выберете вы, но, если хотя бы один из них будет изучен, то это уже будет шагом к самосовершенствованию и возможности пойти дальше. Эти бесценные навыки, несомненно, пригодятся в любой сфере жизни, делая вас успешными и счастливыми.
Нейроны рабочей памяти работают с перерывами, что позволяет мозгу различать между собой разные блоки текущей информации.
Нейрофизиологи и психологи кроме долговременной и кратковременной памяти выделяют ещё и рабочую, в которой хранится информация о том, что мы делаем прямо сейчас. Её можно сравнить с кэшем процессора, который ещё называют сверхоперативной памятью - в него тоже загружаются данные, которые требуются для текущей задачи, то есть непосредственно сейчас.
Префронтальная кора (выделена жёлтым) играет важнейшую роль во многих процессах высшей нервной деятельности – среди прочего её нейроны поддерживают кратковременную рабочую память. (Иллюстрация Fernando Da Cunha / BSIP / Corbis.)
Нейрон. (Фото The Journal of Cell Biology / Flickr.com.)
Если мы набираем чей-то номер на телефоне, или же ищем его в адресной книге, то и цифры, и фамилия того, кто нам нужен, будут удерживаться в нашем «кэше», то есть в рабочей памяти. То же самое касается арифметических операций в уме, пересылки письма, выполнения инструкции и т. д.
Нейробиологи сейчас уже знают, какие зоны в мозге отвечают за сверхоперативное хранение данных, однако более детальные принципы функционирования рабочей памяти мы продолжаем выяснять до сих пор. В частности, с 70 годов прошлого века считалось, что её нейроны работают постоянно - как, наверно, и следовало ожидать: ведь для того, чтобы информация была всё время доступной, нужно, чтобы её носитель, то есть нейронная цепочка, постоянно была «под напряжением».
Сенсорная память — это мгновенный отпечаток полученной сенсорной информации на периферических частях анализаторов. Информация сюда попадает благодаря целенаправленному процессу восприятия физических характеристик стимулов, и ее объем, по сути, равен объему восприятия. В зависимости от модальности раздражителя различают следующие основные разновидности сенсорной памяти: коническую — сенсорную копию визуальной информации и эхоическую — сенсорную копию акустической информации. В памяти конической информация сохраняется до 250 мс; в эхоической — до 1 с. Забывается информация в сенсорной памяти вследствие угасания следов.
Кратковременная память — это такая память, хранение информации в которой характеризуется ограниченным временем и ограниченным объемом. Материал поступает или из сенсорной, или из долговременной памяти: из сенсорной поступает новая информация; из долговременной — информация, которая вспоминается. Необходимым условием для этого является направленность внимания человека на эту информацию и ее сенсорная организация (акустическая, визуальная или семантическая).
Опыты американского психолога Дж. Миллера продемонстрировали ограниченный объем памяти кратковременной: 7±2 единицы, т.е. от 5 до 9 единиц. Однако путем перекодирования информации в новые структурные единицы ее объем может вырасти, правда количество этих новых структурных единиц дальше продолжает равняться 7±2. Таким образом, объем кратковременной памяти определяется не столько количеством отдельных объектов, сколько количеством хорошо интегрированных групп объектов. Этот объем имеет тенденцию увеличиваться от детства к взрослости (если в детском возрасте он составляет 4-5 единиц, то во взрослом — 7-8). Для различных модальностей у одного человека он также может быть различным, в зависимости от доминирования того или иного типа памяти.
В памяти кратковременной информация сохраняется очень короткое время: до 30 сек., следовательно, она характерна для той стадии запоминания, когда следы раздражителей только образуются. Однако в основном материал необходимо задержать дольше, чем на несколько секунд, и поэтому его следует повторять «про себя». Механическое повторение обеспечивает повторное поступление информации в память кратковременную. Важным условием при этом является то, чтобы объем материала, который повторяется, не превышал объема памяти (7±2 единицы). Если же повторение является осмысленным, материал перекодируется в семантический код и переходит в длительную память.
Забывание информации в памяти кратковременной происходит в результате трех причин: вытеснения (при переполнении объема новая информация частично стирает старую), интерференции (одна информация смешивается с другой) или угасания (если материал не повторять, каждое мгновение уменьшается интенсивность образа). Потеря информации может быть необратимой, т.е. она не переходит в долговременную память, а просто исчезает.
Кратковременная память играет значительную роль в жизни человека. Благодаря ей прорабатывается значительное количество информации, отсеивается ненужная и в результате не перегружается долговременная память. Без нее невозможно нормальное функционирование памяти долговременной, потому что она исполняет роль своеобразного фильтра на пути к ней, пропуская только нужную, отобранную информацию.
На рубеже 50-60-х годов XX в. внимание исследователей привлекли оперативные преобразования, которые могут происходить в кратковременной памяти во время выполнения человеком познавательных задач, например, во время мышления. Такая память получила название оперативной. Память оперативная — это такой вид памяти, который обеспечивает непосредственное осуществление человеком актуальных действий и операций. Она позволяет сохранить информацию на время, необходимое для решения тех или иных задач. Пока этот рабочий материал функционирует, он составляет содержание оперативной памяти, в которой сочетается информация из кратко- и долговременной памяти. Например, при выполнении сложных математических действий мы храним в памяти некоторые промежуточные результаты до тех пор, пока ими оперируем. В ходе продвижения к конечному результату эти части могут забываться. Оперативная память, так же, как и кратковременная, имеет ограниченный объем (7±2 единицы); время хранения информации определяется исключительно задачей, стоящей перед человеком и, как правило, колеблется в пределах от нескольких секунд до нескольких минут. Излишняя или нужная для дальнейшей работы информация быстро из нее стирается. Своевременное забывание позволяет избежать ошибок, связанных с использованием устаревшей информации и освобождает место для хранения новых данных. Итак, по своим характеристикам оперативная память занимает промежуточное положение между кратковременной и долговременной.
Вы можете записаться консультацию на интересующую вас тему, оплатив стоимость 1 консультации
или 5 консультаций со скидкой.
После этого свяжитесь со мной, чтобы выбрать удобное время для консультации
https://www.facebook.com/marina.korobkova.1
whatsapp +84 93 558 40 15
Или на e-mail через кнопку Контакты
Катерина Никитина 12.09.2016
Чертоги разума
Как работает память, какие механизмы помогают нам запоминать и где хранятся наши воспоминания
В 1953 году молодому мужчине Генри Моллисону, который с раннего детства страдал эпилепсией, была проведена операция, в результате которой его жизнь кардинально изменилась. В ходе операции хирург полностью удалил 27-летнему Моллисону гиппокамп, так как к тому времени эпилепсия перешла в довольно тяжелую стадию и были необходимы радикальные методы лечения. Наблюдения за Моллисоном дали удивительные результаты: больной помнил все, что происходило с ним до момента удаления гиппокампа, но не мог запоминать новое.
Этот случай привлек большое внимание ученых к проблеме памяти и помог сделать первый шаг на пути к глобальным открытиям в нейронауке. Проект Fleming разобрался вместе с учеными в том, как же на самом деле может быть устроена наша память.
Память играет крайне важную роль в жизни человека. Очевидно, что без памяти мы не смогли бы полноценно существовать в обществе людей. Скорее всего, мы бы погибли гораздо раньше в процессе эволюции: наши предки не могли бы запоминать, обучать других и обучаться самим тому, что в окружающем их мире опасно и как этого можно избежать.
От древних греков до наших дней
Людей с давних времен интересовал такой феномен, как память. Еще древнегреческие философы пытались ответить на вопросы, где расположена память, от чего зависит ее объем и что она из себя представляет. Парменид считал, что память - это смесь тепла и холода: если мы взбалтываем эту смесь, происходит забывание, а если же эта смесь находится в покое, то человек обладает отличной памятью. Диоген предполагал, что память - это равномерное распределение воздуха в теле, и при изменении этого распределения происходит либо запоминание, либо забывание. Платон же выдвинул теорию, что это нечто, похожее на воск, в котором отпечатываются все наши впечатления и эмоции. Ученик Платона, Аристотель, считал, что запоминание связано с движением крови по организму, а забывание происходит в результате замедления ее движения. Также он сформулировал идею ассоциаций как основного механизма возникновения образов без видимых внешних раздражителей.
Другая древняя школа, римская, была солидарна с Платоном и «восковой» теорией. Новую для того времени концепцию предложил римский философ и врач Гален, который рассматривал память как результат движения жидкостей. Он предположил, что память локализуется в мозге, где и происходит их выработка.
Со временем человечество накапливало научные знания и открывало новые способы исследования памяти, и, следовательно, появлялись новые теории. Английский мыслитель Девид Гартлив XVIII веке предположил, что в мозгу существуют вибрации и новые впечатления их изменяют, после чего вибрации опять становятся прежними, но если впечатление возникает опять, то на возвращение в прежнее состояние требуется уже больше времени. В итоге это приводит к закреплению вибраций в новом состоянии – образуется след памяти. В ХХ веке эта теория нашла частичное подтверждение в нейрофизиологических исследованиях – эффект реверберации нервного импульса в замкнутых цепях нейронов. В XIX веке французский физиолог Пьер Жан Мари Флуранс предположил, что мозг действует как единое целое, и память расположена во всех его частях, а не в каком-то одном месте.
Экспериментальному изучению памяти в конце XIX века положил начало немецкий психолог Герман Эббингауз. Его труд «О памяти» является первой попыткой применения экспериментальных методов исследования к изучению памяти. Эббингауз производил на себе опыты заучивания и воспроизведения материала, избрав для этого бессмысленные ряды слогов. Он проводил опыты в течение двух лет. Их главнейшим результатом стало создание «кривой забывания», которая показывает, как долго хранится в памяти запомненная однажды информация.
Что такое память
Существует множество определений того, что же такое память. С точки зрения психологии, память – это следовая форма психического отражения прошлого, заключающаяся в запоминании, сохранении и последующем воспроизведении или узнавании ранее воспринятого. Физиология рассматривает память как сохранение информации о раздражителе после прекращения его действия. Если же рассматривать это понятие более глобально, то память - это одно из свойств нервной системы, заключающееся в способности какое-то время сохранять информацию о событиях внешнего мира и реакциях организма на эти события, а также многократно воспроизводить и изменять эту информацию. Память присуща всем живым организмам, которые имеют достаточно развитую центральную нервную систему. В зависимости от степени развития, у различных представителей животного мира память проявляется по-разному: от простых рефлексов, свойственных кишечнополостным, до гораздо более сложных проявлений нервной деятельности, свойственных птицам и млекопитающим.
Физиологической основой памяти являются следы нервных процессов, сохраняющихся в коре. Любой нервный процесс, будь то возбуждение или торможение, оставляет свой след в виде определенных функциональных изменений, которые в случае повторного раздражения облегчают течение соответствующих нервных процессов.
Нейрофизиологи называют такие следы “энграммами”. Энграмма - это след памяти, сформированный в результате обучения. С точки зрения науки, энграммы - это биохимические и биофизические изменения в мозге, появившиеся в результате внешнего воздействия; благодаря им мы способны хранить информацию. Существование энграмм - это одна из множества современных теорий, связанных с механизмами памяти, однако у данной теории довольно много научных оснований и, вследствии этого, приверженцев среди ученых.
На основе теории энграмм строится гипотеза консолидации следа памяти. Консолидация - это процесс, приводящий к закреплению энграммы, который реализуется засчет реверберации - многократного циркулирования импульса по замкнутым цепям нейронов. Центральные понятия данной гипотезы - это кратковременная и долговременная память. Согласно мнению ученых, при фиксации информации происходит переход с одной формы энграмм на другую.
Ранее считалось, что след памяти в своем развитии проходит два этапа: сначала этап кратковременной памяти, затем долговременной. Благодаря реверберации след сохраняется в кратковременной памяти на небольшой промежуток времени (предполагалось, не больше нескольких минут). Нейрофизиолог Дональд Хебб высказал предположение, что в процесс обучения вовлекаются только определенные нейроны, которые при многократном повторении одного и того же стимула формируют устойчивые замкнутые “клеточные ансамбли”, по цепи которых постоянно проходит электрический импульс, в результате которого происходят морфофункциональные и биохимические изменения синапсов (консолидация). При многократном использовании одних и тех же синаптических контактов происходит улучшение проведения импульса и формирование специфических белков.
В том случае, если процесс реверберации импульса будет прерван или предотвращен, переход энграммы из кратковременной памяти в долговременную окажется невозможным.
Данная гипотеза находит экспериментальное подтверждение. В опытах с использованием методов экспериментальной ретроградной амнезии (когда человек забыает о том, что предшествовало травмирующему событию) было установлено, что в фазе кратковременной памяти энграмма неустойчива: ее можно разрушить, например, электрошоком. Это происходит из-за того, что прерывается процесс реверберации и, в следствии этого, образование энграммы.
Но у этой гипотезы есть и недостатки.
Главным из таких недостатков является феномен восстановления памяти. Несмотря на действие электрошока, в некоторых случаях не происходит уничтожение энграмм, а появляется феномен спонтанного восстановления памяти. Память человека начинает восстанавливаться.
Ученые сумели разработать методы, с помощью которых можно восстановить след памяти после воздействия на участок мозга электрошоком. Они основаны на воздействии на мозг различными по силе электрическими импульсами до и после проведения эспериментальной ретроградной амнезии. Эти опыты доказали, что имеет место еще одна форма существования энграмм, третья, которая не может быть воспроизведена какое-то время после воздействия амнестического агента. Таким образом ученые пришли к выводу, что стирания энграмм не происходит, а проявляется лишь их временное подавление.
Почему ученым так интересны энграммы? Существует множество носителей информации - бумажные, электронные - и все они представляют собой аналоги энграмм. Однако наш мозг гораздо более сложно устроен и гораздо менее изучен, чем любой из существующих ныне процессоров. Мы способны не только хранить информацию, но и умеем в нужный момент воспроизвести необходимое воспоминание. Таким образом, изучив процессы кодирования информации, ученые надеются приблизиться к пониманию того, как же работает наша память.
Впервые теория о том, что отдельные участки мозга могут хранить воспоминания, появилась в результате эксперимента, во время которого больному эпилепсией стимулировали электрическими разрядами различные участки мозга. При стимулировании височной доли у больного начинали появляться яркие воспоминания. При повторном стимулировании этого участка воспоминание повторялось, что навело исследователей на мысль о поисках подобных участков коры с воспоминаниями.
При восприятии внешних раздражителей происходит сложное взаимодействие многих нервных клеток в различных участках коры больших полушарий головного мозга, между ними устанавливаются связи. Благодаря этим временным связям и возможен процесс памяти.
При этом не только звуки, зрительные образы, запахи и тактильные ощущения (то есть раздражители первой сигнальной системы) могут вызывать описанные нервные процессы. Слова, раздражители второй сигнальной системы, так же способны провоцировать образование связей между нейронами. Однако в обоих случаях установившиеся временные нервные связи не остаются неизменными. В процессе жизнедеятельности они изменяются, вступают в новые связи, перестраиваются под влиянием опыта.
Память включает в себя три отдельных, однако тесно связанных между собой процесса: кодирование информации, ее хранение и воспроизведение. Кодирование информации необходимо для образования уже упомянутых «следов памяти».
Существует деление памяти на сенсорную, кратковременную и долговременную. Сенсорная память обеспечивает краткое удержание стимула для того, чтобы мы успели запечатлить его и осознать. Кратковременная память (КП) представляет собой кладовую с ограниченной вместимостью, которую можно оценить с помощью задач на запоминание чисел. Большинство людей способно удерживать в памяти около 5-9 элементов, а их объединение позволяет запомнить даже больше. Без повторения такая информация сотрется из памяти через несколько минут. Долгосрочная память (ДП) более стойкая – несомненно гораздо более вместимая кладовая, содержащая все наши знания о мире и воспоминания о прошлом. Однако из долговременной памяти сложнее воспроизводить воспоминания: необходим такой же сигнал, как и тот, при котором информация была закодирована в ДП.
Где хранится память
Точный ответ на этот вопрос никто до сих пор не может дать. Считается, что в процессах запоминания участвуют почти все структуры мозга, однако ученые выделяют в головном мозге несколько особенно важных в отношении памяти зон.
В процессе запоминания принимают участие различные структуры мозга, которые можно разделить на общемозговой уровень (в него входит ретикулярная формация, гипоталамус, таламус, гиппокамп и лобная кора) и региональный уровень (все отделы коры, кроме лобной).
Существует множество систем, каждая из которых отвечает за свой вид памяти. Известно, что височная кора отвечает за запоминание и хранение образной информации, потому что находится рядом со зрительным центром. Большую роль играет гиппокамп. Гиппокамп - это парная структура, расположенная в центре височных отделов полушарий. Правый и левый гиппокампы связаны между собой нервными волокнами. Гиппокамп принадлежит к одной из наиболее старых систем мозга - лимбической, что обуславливает его многофункциональность. Большинство исследователей согласны с тем, что гиппокамп связан с памятью, но механизм его работы еще не ясен.
Существует теория «памяти двух состояний» о том, что гиппокамп удерживает информацию в бодрствовании, и переводит ее в кору больших полушарий во время сна. Еще одной функцией гиппокампа является запоминание и кодирование окружающего пространства (пространственная память). В 2014 году группа ученых получила Нобелевскую премию за открытие в гиппокампе крыс клеток, отвечающих за пространтсвенную ориентацию. Они активируются всякий раз, когда необходимо удержать в фокусе внимания внешние ориентиры, определяющие поведение.
При поражении гиппокампа возникает синдром Корсакова - заболевание, при котором больной при сравнительной сохранности следов долговременной памяти утрачивает память на текущие события. Уменьшение объема гиппокампа является одним из ранних диагностических признаков при болезни Альцгеймера.
Гиппокамп служит местом встречи условных и безусловных стимулов, участвует в процессах консолидации. Он определяет, что нужно запомнить в данный момент, а что неважно – это было доказано в опыте, в котором при удалении гиппокампа больной терял способность к запоминанию. Несмотря на неспособность к восприятию новой информации, Генри Моллисон сумел обучиться игре на музыкальных инструментах и некоторым компьютерным играм, что приписывают моторной памяти, так как каждый раз Моллисону приходилось заново разбираться в том, как играть в данную ему игру. Он обретал новые моторные навыки, но не помнил, как он их приобрел. Человек, который позволил ученым совершить открытия в области нейронаук, а в частности изучить роль гиппокампа, скончался в 2008 году в возрасте 82 лет, хотя сам он считал, что ему по-прежнему 27.
Помимо консолидации гиппокамп отвечает за воспроизведение информации под влиянием определенных стимулов, способствует образованию новых связей между нейронами.
В мозге так же существуют структуры генетической памяти, локализованные в таламогипоталамическом комплексе. Здесь находятся центры инстинктов - пищевые, оборонительные, половые, центры удовольствия и агрессии, центры эмоций (страха, тоски, радости, гнева и удовольствия). В двигательной зоне записаны позы, мимика, защитные и агрессивные движения.
Лимбическая система является зоной подсознательно-субъективного опыта человека. Здесь хранятся эмоциональные установки, устойчивые оценки, привычки. В лимбической системе локализована долговременная поведенческая память.
В неокортексе (новой коре) хранится все, что связано с сознательно-произвольной деятельностью. Лобные доли мозга - область словесно-логической памяти, где чувственная информация трансформируется в смысловую.
Теменные доли отвечают за запоминание простых задач. Височные доли хранят долговременные воспоминания. Миндалевидное тело воспроизводит воспоминания об эмоциональных событиях.
Память на уровне клеток
Главная клетка памяти - это нейрон. До недавнего времени ученые полагали, что ведущую роль в механизмах памяти играют отростки нервных клеток, однако сейчас главной частью клетки в процессах памяти считается ее тело.
Для изучения механизмов памяти последние несколько десятков лет ученые прибегают к помощи моллюсков.
Почему именно моллюски стали объектом исследования? Некоторые нервные клетки у моллюсков очень крупные, миллиметрового размера, то есть они видны невооруженным глазом. Это упрощает проведение опытов и открывает большие возможности для исследователей. Вместе с этим, для существ с такой примитивной нервной системой, у моллюсков довольно сложное поведение.
Благодаря кальмару Джон Эклс получил в 1963 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине за открытия, касающиеся ионных механизмов возбуждения и торможения в периферических и центральных участках нервных клеток. Изучая деятельность мозжечка, контролирующего координацию мышечных движений, Эклс пришел к выводу, что в мозжечке торможение играет особенно важную роль. В 2000 году улитка аплизия помогла Эрику Кендалу получить премию за сделанное с ее помощью открытие: кратковременная память обусловлена фосфорилированием белков, образующих в клеточных мембранах каналы, через которые могут проходить ионы кальция и другие ионы, участвующие в передаче нервного импульса. А долговременную память обеспечивает синтез новых белков, запускаемый в результате воздействия сильных стимулов. Эти белки изменяют строение синапса и его чувствительность к последующим стимулам. После успешных опытах на улитках Кендал решил проверить свою теорию на мышах и нашел точно такой же механизм, как и у аплазии.
Не только Кендал использовал аплизий для своих исследований. Ученые Калифорнийского университета Лос-Анджелеса подвергли сомнению широко распространенное мнение о том, что долговременная память хранится в мозгу в синапсах. Для подтверждения своих догадок они провели ряд экспериментов на знаменитых улитках.
Ранее считалось, что процессы памяти обусловлены синаптическим сообщением между нейронами с помощью особого вещества - серотонина, одного из главнейших нейромедиаторов, так же называемого “гормоном счастья”. Серотонин выполняет множество важнейших функций, однако участие в механизмах запоминания, согласно новейшим исследованиям, не входило в их список.
Исследователи воздействовали на аплизий электрическим током, вызывая у них таким образом сгибательный рефлекс, который как раз и является проявлением долговременной памяти. Электрический шок вызывал выделение серотонина, который, в свою очередь, формировал синаптические связи, порождавшие и сохранявшие воспоминания.
Если выделение серотонина на первом этапе эксперимента нарушалось, то происходило и нарушение памяти.
Слудеющий этап эксперимента проводился с помощью чашки Петри, куда поместили нервные клетки аплизий. При добавлении серотонина формировались новые синаптические связи, память сохранялась. Если же сразу вслед за серотонином в чашку добавляли ингибитор, мешавший выделению белков, то синаптические связи не формировались, память нарушалась. Если же ингибитор вводился через двадцать четыре часа, то синаптические связи продолжали развиваться, и память не нарушалась.
Ученые продолжали эскпериментировать с серотонином и обнаружили, что если добавить к нейронам в чашке Петри две порции серотонина с интервалом в 24 часа, а сразу после этого ввести белковый ингибитор, то синаптические связи и воспоминания оказывались стертыми. При подсчете оставшихся синаптических связей оказалось, что их количество вернулось к уровню, существовавшему до начала эксперимента. Выяснилось, что и среди исчезнувших, и среди сохранившихся связей были как новые, так и старые. Почему так происходит и что определяет сохранность связей, никто на данный момент не знает.
При проведении этого же эксперимента с живым моллюском выяснилось, что хотя часть синаптических связей исчезла, само воспоминание об электрическом шоке у моллюска сохранилось. Отсюда и был сделан важнейший вывод: воспоминания хранятся вовсе не в синапсах, а в каких-то других частях нервной системы. Ученые пока не могут с точностью определить где, но есть предположение, что за долговременную память отвечают ядра нейронов. Это дает большую надежду людям, больным Альцгеймером и их близким: если воспоминания хранятся не в синапсах, а в нейронах, то пока живы нервные клетки, воспоминания можно возродить.
Еще одним интересным феноменом в мире нейрофизиологии является “нейрон бабушки”. Впервые этот термин использовал нейробиолог Джерри Летвин в 1969 году во время беседы со студентами. Он сказал: «Если мозг человека состоит из специализированных нейронов, и они кодируют уникальные свойства различных объектов, то, в принципе, где-то в мозге должен быть нейрон, с помощью которого мы узнаем и помним свою бабушку». Этот термин прижился в науке, однако есть и другие варианты названия этого нейрона - «нейрон Монро», «нейрон Холли Берри», «нейрон Эйфелевой башни» и т.д.
Теория “нейрона бабушки” была подкреплена исследованиями 2005 года, во время которых невролог Кристоф Кох из Калифорнийского технологического института и профессор нейрохирургии Ицхак Фрид из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе установили, что признанием той или иной знаменитости в мозге заведуют отдельные клетки.
Нейроны активировались не только при воздействии соответствующего визуального стимула, но и при произнесении вслух названия объектов и в том случае, если испытуемый сам думал о них. Несмотря на то, что открытие «нейронов бабушки» не сильно помогло в понимании механизмов узнавания, их нахождение проложило дорогу к новым опытам, результаты которых, возможно, позволят ученым ответить на вопрос “как работает наша память?”.
Нейронаука - это обширная взаимосвязанная сеть дисциплин, которая включает в себя не только такие науки, как физиология и биохимия, но и информатика, инженерия, лингвистика, медицина, физика, философия и психология. Развившись из нейробиологии, это научное направление является на данный момент одним из самых продвинутых и захватывающих. Благодаря ученым, которые изучали и изучают нейроны моллюсков, воздействуют на мозг электрическими импульсами, а так же совершают множество других сложнейших операций над мозгом подопытных животных, в ближайшем будущем произойдет масса открытий, которая позволит нам по-новому взглянуть на нашу нервную систему, понять, как же все-таки работает наша память, а может быть и узнать, какие еще возможности скрывает наш мозг.
В наши дни накоплен немалый объем научных знаний, однако единой картины о процессах запоминания пока нет. Возможно, в результате дальнейшего развития науки, ученые смогут изобрести способ, с помощью которого у нас будет возможность понять этот сложный процесс.
Вконтакте
Загадка человеческой памяти — одна из главных научных проблем XXI века, причем разрешать ее придется совместными усилиями химиков, физиков, биологов, физиологов, математиков и представителей других научных дисциплин. И хотя до полного понимания того, что с нами происходит, когда мы «запоминаем», «забываем» и «вспоминаем вновь», еще далеко, важные открытия последних лет указывают правильный путь.
Одна из главных проблем нейрофизиологии - невозможность проводить опыты на людях. Однако даже у примитивных животных базовые механизмы памяти схожи с нашими.
Павел Балабан
На сегодняшний день даже ответ на базовый вопрос — что собой представляет память во времени и пространстве — может 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. На уровне физиологии эмоция — это включение мощнейших биохимических модулирующих систем. Эти системы выбрасывают гормоны-медиаторы, которые изменяют биохимию памяти в нужную сторону. Среди них, например, разнообразные гормоны удовольствия, названия которых напоминают не столько о нейрофизиологии, сколько о криминальной хронике: это морфины, опиоиды, каннабиноиды — то есть вырабатываемые нашим организмом наркотические вещества. В частности, эндоканнабиноиды генерируются прямо в синапсах — контактах нервных клеток. Они воздействуют на эффективность этих контактов и, таким образом, «поощряют» запись той или иной информации в память. Другие вещества из числа гормонов-медиаторов способны, наоборот, подавить процесс перемещения данных из рабочей памяти в долговременную.
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.
Одна из главных проблем нейрофизиологии — невозможность проводить опыты на людях. Однако даже у примитивных животных базовые механизмы памяти схожи с нашими.
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 процессов, происходящих в памяти, 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 впечатляющи.
