Что такое человеческая память
Механизмы и принципы работы памяти головного мозга человека
Американские неврологи опубликовали материал о том, как измерить емкость памяти человеческого головного мозга. Этот материал вызвал у меня желание рассмотреть механизмы и особенности работы памяти. Я объясню, почему нельзя сравнивать работу мозга с работой компьютеров и измерять ее в единицах машинного языка. В статье я использую работы людей, которые на протяжении многих лет исследовали цитоархитектонику и морфогенетику. В частности, я цитирую Савельева С.В., ученого, эволюциониста и палеоневролога, автора многочисленных исследований в области развития нервной системы.
Прежде чем приступить к рассмотрению вопроса, давайте сформулируем базовые представления о мозге и проведем некоторые пояснения, чтобы полностью понять представленный взгляд.
Во-первых, мозг человека является наиболее изменчивым органом. Вес и организация мозга различаются у мужчин и женщин, а также у представителей разных рас и этнических групп. Разница может быть более чем в два раза.
Во-вторых, мозг является самым энергозатратным органом в организме человека. При весе в 1/50 от массы тела он потребляет 9% энергии в состоянии покоя и до 25% энергии при активной мыслительной деятельности.
В-третьих, из-за больших энергозатрат мозг является избирательным: любой энергозависимый процесс должен быть необходим для выживания организма, иначе организм его не поддерживает.
Вот основные особенности мозга, которые важны для анализа механизмов и процессов памяти человека.
Что такое память? Память — это функция нервных клеток. У памяти нет отдельной, пассивной энергозатратной локализации, о чём часто говорят физиологи и психологи, сторонники идеи нематериальных форм памяти. Однако эта идея опровергается клиническим опытом смерти, когда мозг перестает получать необходимое кровоснабжение и через приблизительно шесть минут после клинической смерти начинаются необратимые процессы, в результате которых память приходит в упадок и воспоминания безвозвратно исчезают. Если бы у памяти был энергонезависимый источник, возможно бы восстановление функций памяти, но такого не происходит; это свидетельствует о динамичности памяти и необходимости постоянного энергозатратного обеспечения для поддержки памяти.
Важно знать, что нейроны, определяющие память человека, расположены преимущественно в неокортексе. В неокортексе находится примерно 11 миллиардов нейронов и намного больше глии. (Глия — это тип клеток нервной системы, которые служат опорным и защитным аппаратом для нейронов. Метаболизм глийных клеток связан с метаболизмом окружающих их нейронов.)
Глия и связи нейронов:
Хорошо известно, что информация в памяти может храниться разное время, и различают долговременную и кратковременную память. События и явления быстро забываются, если на них не обращать внимания и не повторять их, что еще раз подчеркивает динамичность памяти. Определенная информация сохраняется, но в случае отсутствия необходимости она исчезает.
Как уже упоминалось, память — это энергозависимый процесс. Без энергии нет памяти. В результате энергозависимости памяти ее содержательная часть становится нестабильной. Воспоминания о прошлых событиях искажаются с течением времени до полной искаженности. Память не ведет отсчет времени, но скорость забывания играет эту роль. Память о любом событии уменьшается пропорционально времени. Через один час забывается половина всего, что попало в память, через сутки — две трети, через месяц — четыре пятых.
Рассмотрим основы функционирования памяти, исходя из биологической эффективности получаемых ею результатов. Физические составляющие памяти основаны на связях между нервными клетками, объединенных в нервные пути. Эти пути включают различные системы синапсов и тел нейронов, и также содействуют градуальному и активному проведению сигналов. Представим событие или феномен. Человек сталкивается с новой, но значимой ситуацией. С использованием различных сенсорных связей и органов чувств, человек получает разнообразную информацию, анализирует событие и приходит к определенному решению. При этом человек удовлетворен результатом. В нервной системе остается «остаточная активность» — движение сигналов по нейронным сетям, которые использовались при решении данной проблемы. Это называется «предыдущие связи», которые уже существовали до возникновения необходимости запоминания информации. Сохранение различных информационных сигналов в одной структуре является очень энергоемким процессом, поэтому сохранение новой информации в памяти часто оличается сложностью. Однако, во время повторений или аналогичных ситуаций, между клетками могут образовываться новые синаптические связи, и тогда полученная информация запоминается на долгое время. В итоге, запоминание информации — это сохранение остаточной активности нейронов определенной части мозга.
Память мозга — это невольная компенсаторная реакция нервной среды. Вся информация временно сохраняется. Поддержание стабильности кратковременной памяти и восприятия сигналов из внешней среды требует большого количества энергии, так как новые возбуждающие сигналы поступают к тем же клеткам и возникают ошибки передачи, что приводит к потере энергетических ресурсов. Тем не менее, ситуация далека от трагической. У нервной системы есть долговременная память. Часто она искажает реальность до такой степени, что исходные объекты становятся неузнаваемыми. Степень изменения объекта, сохраненного в памяти, зависит от длительности его хранения. Память сохраняет воспоминания, но изменяет их по своему усмотрению. Долговременная память основана на простых и случайных процессах. Нейроны всегда формируют и разрушают связи. Синапсы постоянно образуются и исчезают. Приближенные данные говорят о том, что этот процесс случайного формирования одного нейронного синапса может происходить у млекопитающих примерно 3-4 раза в период времени от 2 до 5 дней. Ветвление коллатералей, содержащих множество различных синапсов, происходит гораздо реже. Новая полисинаптическая коллатераль вырастает за 40-45 дней. Поскольку эти процессы происходят в каждом нейроне, можно оценить ежедневную емкость долговременной памяти для любого животного. Предполагается, что в коре мозга человека ежедневно формируется примерно 800 миллионов новых связей между клетками, и примерно такое же количество разрушается. Долговременным запоминанием является включение участков с вновь созданными контактами между клетками в новую сеть. Чем больше новых синаптических контактов участвует в сети первичной (кратковременной) памяти, тем больше шансов у этой сети сохраниться.
Запоминание и забывание информации. Кратковременная память формируется на основе существующих связей. Ее появление обозначено оранжевыми стрелками на фрагменте б. По одним и тем же путям циркулируют сигналы, содержащие как старую (фиолетовые стрелки), так и новую (оранжевые стрелки) информацию. Это приводит к затратному и кратковременному сохранению новой информации на основе старых связей. Если она не важна, затраты энергии на ее поддержание снижаются, и происходит забывание. При хранении «кратковременной», но необходимой информации образуются новые физические связи между клетками по фрагментам а-б-в. Это приводит к долговременному запоминанию на основе использования новых связей (желтые стрелки). Если информация долго остается невостребованной, она вытесняется другой информацией. В этом случае связи могут разрываться, и забывание происходит по фрагментам в-б-а или в-a (голубые стрелки).»
Представленная информация говорит о том, что мозг является динамической структурой, при этом непрерывно перестраивается и имеет определенные физиологические границы. Кроме того, стоит отметить, что мозг потребляет чрезмерное количество энергии. Следовательно, мозг не только обладает физиологическими особенностями, но также имеет свойства, связанные с формированием его структуры.
Это означает, что измерение активности мозга при помощи информационных технологий может оказаться некорректным и неправильным. Из-за индивидуальных отличий каждого мозга невозможно сделать обобщения, касающиеся различных функциональных показателей.
Следует также отметить, что математические методы не обладают применимостью в расчете структурного взаимодействия мозга человека. Постоянное изменение, взаимодействие и перестройка нервных клеток и связей приводят к тому, что работа американских ученых, которые исследуют мощность памяти в головном мозге человека, доходит до абсурда.
Что такое память человека, ее виды и возможности
Представляете ли вы эту великолепную память, которую Чао Лу демонстрировал в 2005 году, повторяя 67 980 цифр числа пи? Наемный,
если у нас нет таких удивительных способностей, мы все равно запоминаем, воспроизводим и забываем каждый день. Психологи Бенджамин Шторм и Роберт Немов рассказывают, как трактуются сегодня понятия «память» и какие типы памяти существуют.
Что такое память и каковы ее возможности
Память — это процесс сохранения и воспроизведения опыта индивида. В психологии память изучается давным-давно и истолковывается по-разному:
Сегодня память рассматривается как познавательный процесс, который обладает такими характеристиками:
Что способна сделать наша память? Память можно тренировать, чтобы помнить больше. Однако стоит отметить, что забывание является результатом нормальной деятельности памяти, подчеркивает профессор психологии и исследователь из Калифорнийского университета Бенджамин Шторм. Забывание обеспечивает правильную работу мозга и мышления, освобождая ресурсы для новых дел.
Нейроученый Мария Вимбер из Бирмингемского университета (Великобритания), в сотрудничестве с коллегами, при помощи специального сканирования мозга, выяснила, что воспоминания могут «соревноваться» друг с другом за память. Этот механизм помогает производить отбор нужных воспоминаний из целого ряда похожих.
Свойства памяти: Freepick
Ученые также изучают, как улучшить работу памяти и расширить ее возможности. Они выяснили несколько методов, которые способствуют активизации человеческой памяти.
Память обязательно нужно «включать»
Когда экзамен ждет нетерпеливо приступащих9 будет уКазывать или не уКазывать?? . методологическип экскурсовод провериЕм на тренировкаAх иными станциями шкиЛЬные отсутствIA?. Применительно к testOut1 только инанал ReHus проведанный можно гарантиТ..ри( улучшит) +10 свое прохождАние уровня опLa Of theПамятный точкA.проверкаустанавиЛа ком пример неКАк любизвту ши только MAt — мятных ноте^ someof the resI1:
Классическая музыка улучшает память
Согласно исследованиям, прослушивание классических музыкальных произведений имеет положительный эффект на активность генов, которые ответственны за память и обучение, и в то же время снижает активность генов, связанных с нейродегенеративными процессами. Иными словами, классическая музыка продуктивно воздействует на человеческий геном.
Дневной сон улучшает память в пять раз
Результат эксперимента свидетельствует о том, что получение краткосрочного дневного сна, продолжительностью менее одного часа, повышает эффективность памяти в сравнении с исходным состоянием в пять раз. Участникам эксперимента было предложено запомнить серии нерелейтедных слов. Затем одна из групп испытуемых отдохнула 45–60 минут, а другая вместо этого смотрела видео. По результату проверки, было выяснено, что группа, в которой испытуемые получили возможность с небольшим дневным сном, продемонстрировала выше уровень запоминания по сравнению с другой группой.
Механизмы работы памяти являются достаточно сложными и в настоящий момент ученым еще предстоит полностью понять их. Однако, используя имеющуюся информацию, мы можем и должны использовать ее для расширения собственных мозговых возможностей.
Виды памяти
О памяти говорят как о невероятно сложной когнитивной (познавательной) способности. Она активно используется и включает в себя множество отделов мозга.
В книге «Общие основы психологии» доктор психологических наук, академик и член-корреспондент Академии педагогических и социальных наук и Международной академии психологических наук Р. С. Немов классифицирует память (определяет виды) согласно нескольким критериям.
Характер психической активности
Согласно данному критерию, память имеет разные виды:
Двигательная память — это способность запоминать, сохранять и воспроизводить разные движения. С ее помощью формируются практические и трудовые навыки, такие как ходьба или письмо.
Эмоциональная память фиксирует пережитые чувства и эмоциональные состояния в виде представлений. Обычно люди легко и надолго запоминают то, что связано с эмоциональными переживаниями. Этот вид памяти важен для мотивации человека.
Образная память связана с возможностью сохранять и использовать представления. Особенности восприятия и работа системы анализаторов человека определяют специфичность фиксируемых образов.
Словесно-логический вид памяти необходим для запоминания и воспроизведения мыслей.
Характер целей деятельности
Разновидности памяти: Freepick
Это свойство также называется свойством спонтанности. В соответствии с этим критерием память делится на:
Временные характеристики сохранения информации
Согласно данной классификации, память разделяется на:
Короткосрочная память — это промежуточный механизм хранения информации. Этот вид запоминания связан с однократным или очень краткосрочным восприятием.
Оперативная память связана со запоминанием и воспроизведением информации, которая необходима для осуществления текущей конкретной деятельности. После выполнения задачи информация может полностью исчезнуть.
Это ситуация, которая приходит студентам в голову непосредственно перед экзаменом. Этот тип памяти является переходом от короткосрочной к долгосрочной памяти.
Долгосрочная память сохраняет всю составляющую знаний и опыта человека. Чем чаще информация извлекается из нее, тем прочнее она укрепляется.
Характер приобретения информации
Генетическая и прижизненная память являются двумя формами запечатленной информации. Первая аккумулирует данные всего вида, тогда как вторая хранит индивидуальный опыт каждого отдельного человека.
Генетическая память представляет собой предрасположенность к определенным образу поведения и действиям, возникшим и закрепившимся у видов в ходе эволюции. Например, боязнь высоты и автоматическая реакция на падающий предмет (резкое отскокнуть в сторону или быстро оглянуться на шум) — демонстрация генетической памяти. Весь опыт, усвоенный человеком после его рождения, напротив, относится к прижизненной памяти.
Способ запоминания
Существуют два типа памяти — механическая и смысловая. Механическая память формируется при помощи простого повторения. Чтобы развить смысловую память, необходимо создавать ассоциационные и смысловые связи.
Человеческая память является кладезем информации. При этом некоторые ее элементы со временем забываются, стимулируя работу мозга. К счастью, память может быть улучшена.
Будьте в курсе всех событий первыми!
Подпишитесь на нашу рассылку и получайте свежие новости из Казахстана, фотографии, видео материалы и другие эксклюзивы.
masterok
masterokУзнайте все сами
Узнать всё
В наше время даже ответ на основной вопрос о природе памяти во времени и пространстве может состоять в основном из гипотез и предположений. Если говорить о пространстве, до сих пор не совсем понятно, как организована память и где она именно находится в мозге. Данные науки позволяют утверждать, что элементы памяти присутствуют везде, в каждой из областей нашего «серого вещества».
Кроме того, одна и та же информация кажется может быть записана в память в разных местах.
Например, известно, что пространственная память (когда мы запоминаем некоторую впервые увиденную обстановку, комнату, улицу, пейзаж) связана с областью мозга, называемой гиппокампом. Если мы попытаемся извлечь это впоследствии из памяти, скажем, через десять лет, то эта память вытащится из совсем другой области. Да, память может перемещаться внутри мозга, и этот факт иллюстрирует эксперимент с цыплятами. Для только что вылупившихся цыплят импринтинг играет важную роль — мгновенное обучение (а запоминание — это и есть обучение). Например, цыпленок сразу «запечатлевает» в мозгу большой движущийся предмет: это мама-курица, нужно идти за ней. Однако, если через пять дней удалить часть мозга, отвечающую за импринтинг, то станет ясно, что запомненный навык никуда не исчез. Он переместился в другую область, и это доказывает, что для мгновенных результатов обучения есть одно хранилище, а для длительного хранения — другое.
Помним с удовольствием
Однако, еще более удивительно, что в мозге нет четкой последовательности перемещения памяти из оперативной в долговременную, как в случае с компьютером. Рабочая память, которая сохраняет непосредственные ощущения, одновременно запускает другие памятные механизмы — среднесрочную и долговременную. Однако, мозг — это система, требующая много энергии и поэтому стремящаяся оптимизировать расход его ресурсов, включая память. Потому природой создана сложная система памяти. Рабочая память быстро формируется и быстро уничтожается — для этого имеется специальный механизм. В то же время, важные события записываются для долгосрочного хранения, и их важность подчеркивается эмоциональной составляющей, отношением к информации.
В настоящее время активно исследуются механизмы эмоциональной памяти, то есть биохимического укрепления памяти. Однако проблема заключается в том, что лабораторные исследования такого типа возможны только на животных. Но насколько нам могут сообщить о своих эмоциях лабораторные крысы?
Когда мы сохраняем что-то в памяти, иногда приходит время, чтобы вспомнить эту информацию, то есть извлечь их памяти. Но слово «извлечь» правильное? Судя по всему, нет. Кажется, что механизмы памяти не извлекают информацию, а снова генерируют ее. Данные не хранятся в этих механизмах, так же, как нет звука или музыки в «железе» радиоприемника. Но по крайней мере обработка и преобразование электромагнитных сигналов, получаемых антенной, понятна для приемника. Что за «сигнал» обрабатывается при извлечении памяти, где и как хранятся эти данные, пока трудно сказать. Однако уже сейчас известно, что при воспоминании память перезаписывается, модифицируется или, по крайней мере, это происходит с определенными видами памяти.
Не электричество, а химия
В последние годы были сделаны важные открытия в поиске ответа на вопрос о том, как можно модифицировать или даже стереть память, и было опубликовано значительное количество работ, посвященных «молекуле памяти».
На самом деле, уже двести лет пытались выявить такую молекулу или по крайней мере некий материальный носитель для мыслей и памяти, но без особого успеха. В конечном итоге нейрофизиологи пришли к выводу, что в мозге нет ничего специфического для памяти: есть 100 миллиардов нейронов, существует 10 квадрильонов связей между ними, и где-то там, в этой космической сети, единообразно кодируются и память, и мысли, и поведение. Попытки блокировать отдельные химические вещества в мозге именно в этом ракурсе исследовались, и это приводило к изменениям в памяти, но также к изменению всего организма. И только в 2006 году появились первые работы о биохимической системе, которая, кажется, очень специфична именно для памяти. Блокировка этой системы не вызывала изменений в поведении и способности к обучению, только потерю части памяти. Например, память о ситуации терялась, если блокировка была в гиппокампе. Или память о эмоциональной травме терялась, если блокировка была в амигдале. Обнаруженная биохимическая система представляет собой белок-фермент, известный как 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 очень схожи с нашими.
Молекула активна в месте синаптического контакта — связи между нейронами мозга. Нужно отметить, что мозг часто сравнивают с компьютером, и поэтому многие думают, что связи между нейронами, которые создают мышление и память, имеют только электрическую природу. Но это не так. Синаптический язык основан на химических взаимодействиях. Одни молекулы действуют как ключи, взаимодействуя с другими молекулами (рецепторами), и только затем начинаются электрические процессы. Количество рецепторов, доставляемых к месту контакта на нервной клетке, влияет на эффективность синапса и его пропускную способность.
Белок со специальными свойствами
Протеинкиназа М-зета контролирует доставку рецепторов к синапсу, тем самым увеличивая его эффективность. Когда эти молекулы активируются на десятках тысяч синапсов одновременно, происходит определенный перераспределенных сигналов, что приводит к изменению общих свойств сети нейронов. Неизвестно, каким образом эти изменения кодируются в памяти, однако известно, что если заблокировать протеинкиназу М-зета, память будет стерта, так как связи, обеспечивающие ее функционирование, не будут работать. «Молекула» памяти имеет несколько интересных особенностей.
Во-первых, она способна воспроизводиться сама по себе. Если благодаря обучению (получению новой информации) в синапсе появляется определенное количество протеинкиназы М-зета, то это количество может сохраняться там очень долго, несмотря на то что само белковое вещество разлагается через несколько дней. Каким-то образом молекула активирует ресурсы клетки и обеспечивает синтез и поставку в место синаптического контакта новых молекул для замены старых.
Во-вторых, протеинкиназа М-зета обладает уникальной способностью блокировки. Когда исследователям потребовалось средство для блокировки «молекулы» памяти, они просто изучили участок ее гена, в котором закодирован собственный белковый блокатор, и синтезировали его. Однако сама клетка никогда не производит этот блокатор, и то, зачем эволюция оставила его генетическую информацию, остается неясным.
Третья важная особенность молекулы заключается в том, что сама «молекула» и ее блокатор имеют практически идентичную структуру для всех живых существ с нервной системой. Это свидетельствует о том, что протеинкиназа М-зета является древнейшим механизмом адаптации, на котором основана память, включая человеческую.
Протеинкиназа М-зета не является «молекулой памяти» в ожидаемом смысле ученых прошлого. Она не служит физическим носителем сохраненной информации, а скорее является ключевым регулятором эффективности связей внутри мозга, способствуя созданию новых связей в результате обучения.
Воздействие на внутренний контекст
В настоящее время эксперименты со средством, блокирующим протеинкиназу М-зета, можно сравнить с масштабным бомбардировкой. Вещество вводится в определенные участки мозга испытуемых животных с помощью тонкой иглы, блокируя тем самым память в больших функциональных блоках. Границы проникновения блокатора часто не ясны, так же как и его концентрация в целевой области. В итоге далеко не во всех экспериментах в этой области получаются однозначные результаты.
Чтобы по-настоящему понять процессы, происходящие в памяти, требуется работа на уровне отдельных синапсов. Необходимо доставить блокатор прямо в связь между нейронами. В настоящее время это невозможно, но поскольку такая задача уже стоит перед наукой, рано или поздно будут разработаны инструменты для ее решения. Одним из перспективных подходов является оптогенетика. Оказывается, если клетке внедрить ген, обеспечивающий синтез светочувствительного белка, можно ее контролировать с помощью лазерного луча. В настоящее время манипуляции на уровне живых организмов не проводятся, но уже получены весьма впечатляющие результаты на клеточных культурах.
Автор — доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, профессор, директор ИВНДиНФ РАН