Людська пам`ять і її розвиток

Зниження пам'яті можна запобігти. Проте краще всього - не допускати виникнення проблем з пам'яттю. На щастя - зберегти пам'ять цілком під силу кожній людині.

Наталія Розіна

Де і як зберігається пам'ять в мозку? Який обсяг інформації може вмістити людський мозок? Про матеріальних носіях пам'яті і про механізми пам'яті і забуття доктор медичних наук Костянтин Анохін і доктор біологічних наук Павло Балабан.

Огляд теми

У кібернетиці при вивченні об'єкта з невідомою внутрішньою структурою використовують поняття «чорний ящик». За аналогією вчені назвали мозок «рожевим ящиком», символічно кажучи тим самим, що робота мозку (рожевого за кольором) як носія пам'яті продовжує значною мірою залишатися загадкою.

Питання для дискусії: Чи можна назвати пам'яттю слід від удару на камені? Будь-які зміни в живій і неживій природі? Чи все-таки це властивість живих систем?

Під пам'яттю розуміють властивість живих систем, зокрема ЦНС, сприймати, фіксувати, зберігати і відтворювати сліди раніше діючих подразників. Іншими словами: У результаті життєдіяльності, навчання організм (людина, тварина) змінюється, інакше реагує на ті самі подразники, що є наявністю слідів навчання - пам'яті. Обсяг пам'яті, тривалість і надійність зберігання інформації, як і здатність до сприйняття складних сигналів середовища і вироблення адекватних реакцій зростають у ході еволюції в міру збільшення числа нервових клітин мозку - нейронів і ускладнення його структури. Пам'ять характерна не тільки для ЦНС; існує генетична пам'ять, імунна пам'ять. Нервова пам'ять, здійснювана ЦНС, характеризується тим, що зберігання інформації про минулі події зовнішнього світу і про відповідних реакціях організму на ці події використовується організмом для побудови моделі поточного або майбутнього поведінки.

«Запис» інформації, яка зберігається в ЦНС, отримала назву енграми. Хоча слово «запис» тут вельми умовно, тому що надходження і записування інформації в мозку істотно відрізняється від аналогічних процесів в ЕОМ, коли процес накопичення інформації продовжується до тих пір, поки не припиняється зовнішній «введення» або не вичерпується інформаційна ємність .. У пам'яті людини відкладається лише незначна частина тих сприйнять, які надходять в ЦНС через органи почуттів. Мозок людини відбирає, сортує і зберігає лише найбільш важливу, загальну інформацію, тобто пам'ять людини селективна, тоді як ЕОМ зберігає без розбору всю введену інформацію. Властивість вибірковості, так само як і властивість забування, дозволяють мозку не бути «затопленим» потоком безперервно надходять сигналів, уникаючи свого роду «інформаційної катастрофи». Умовно інформаційна ємність кори головного мозку в людини дорівнює приблизно 3х108 біт. Якщо вважати, що в середньому інформаційний потік становить 20 біт / сек, а для зберігання 1 біта потрібно 10 нейронів, то за 70 років при тривалості активного дня 16 годин, загальне надходження інформації складе 3 х 1010 біт. Це в 100 разів більше, ніж інформаційна ємність мозку. Звідси випливає, що зберігатися в мозку може не більше 1% від загального потоку інформації.

За відбір інформації відповідає реакція уваги - один з механізмів усунення надмірності сенсорного потоку і придушення багатьох сенсорних входів. Яку інформацію мозок добре запам'ятовує? Нову і значиму (цікаву). При нейрофизиологическом дослідженні основ пам'яті розрізняють власне механізми пам'яті і регуляторні механізми пам'яті, до яких відносяться емоції. Експерименти підтверджують гіпотезу, згідно якої існує вихідне генетичну різноманітність нейронів різної спеціалізації, що виявляється лише в тому чи іншому поведінці. Іншими словами, спеціалізація нейронів носить вроджений характер. Хоча оскільки пам'ять є інтегральним цілим (незважаючи на багаторівневий характер: клітинний, молекулярний), апарат емоцій може запускати в дію той чи інший рівень, включати діяльність тих чи інших спеціалізованих нейронів. При цьому емоційна пам'ять включає пам'ять не тільки про сам стані ефекту, але і про систему запуску, тобто про ситуацію, що обумовило його виникнення.

Фізіологічні дослідження пам'яті виявляють два основних етапи її формування, яким відповідають два види пам'яті: короткочасна і довготривала. Кожна з них реалізується на основі різних механізмів, характеризується різною ємністю і зберігає особливу форму інформації. Короткочасна пам'ять має малу місткість та забезпечує зберігання інформації в межах секунд до десятків хвилин і руйнується впливами, що впливають на узгоджену роботу нейронів (електрошок, наркоз, гіпотермія і т . д.). Довготривала пам'ять - забезпечує зберігання інформації практично протягом всього життя і стійка до впливів, що порушує короткочасну пам'ять.

Освіта будь-якого виду пам'яті характеризується наступною послідовністю подій:

1. - Сортування та виділення нової інформації, 2. - Формування енграми, 3. - Довготривале зберігання значущої для організму інформації, 4. - Вилучення і відтворення інформації, що зберігається.

Питання для дискусії: Чи існує пам'ять без попереднього навчання в тій чи іншій формі?

Природа енграми невідома, про неї існують лише гіпотези, засновані на суперечливих даних. По всій видимості, поява інформаційного відбитка відбувається за рахунок зміни електричних властивостей нейронів і проникності синаптичних мембран з наступним включенням ферментних систем і зміною інтранейронального метаболізму.

Основні принципи засвоєння і зберігання інформації єдині для всіх біологічних систем. Матеріальним носієм видовий пам'яті є генетичний апарат клітин - ДНК. Що ж стосується механізмів утворення індивідуальної пам'яті, в 60-х роках найбільш перспективною представлялася біохімічна теорія, згідно з якою в ролі молекул пам'яті виступали РНК. Підтвердженням цієї гіпотези були експериментально доведені факти посилення біосинтезу білків і РНК: знамениті досліди на білих хробаків-планарій по «переносу пам'яті». Але численні проколи експериментаторів призвели до того, що «біохімічний ентузіазм» поступово зійшов нанівець і за останні два десятиліття популярність цієї теорії пам'яті різко впала: роботи, присвячені пошукам магічних молекул пам'яті, сьогодні вже практично не ведуться. Хоча прямих доказів, що спростовують біохімічну теорію теж нікому не вдалося здійснити.

В даний час серед нейробіологів найбільш популярний комплексний підхід до пояснення механізмів пам'яті: вона представляється властивістю мозку як системи в цілому, а не його окремих молекулярних і клітинних компонентів.

При детальному аналізі часових характеристик пам'яті використовують більш докладний поділ її на сенсорну, або ультракоротку (тривалість зберігання менше однієї секунди), первинну (кілька секунд), вторинну (від декількох хвилин до декількох років) і третинну (інформація зберігається все життя). Сенсорну і первинну пам'ять відносять до короткочасної, вторинну і третинну - до довготривалої пам'яті. Перехід пам'яті з короткочасної в довготривалу здійснюється через перетворення та впорядкування її слідів (енграм), в результаті чого фіксація пам'яті зміцнюється, а ймовірність забування зменшується.

Питання для дискусії: Чи всі події, що відбуваються відкладаються в пам'яті? Концепція з часів Діогена про пам'ять як про бочці, в яку складаються глиняні таблички і витягуються в міру потреби і антипод - охоронний механізм пам'яті, пам'ять як механізм заборони.

Забування починається відразу ж з моменту сприйняття навколишнього середовища і, поступово затухаючи, триває протягом усього життя. Основний відсів інформації починається при переході з сенсорної в первинну пам'ять. У сенсорній пам'яті закарбовується все, що сприймається органами чуття.

Перехід сенсорної інформації в первинну пам'ять може здійснюватися двома шляхами. Перший шлях, який характерний тільки для людини, полягає у словесному вираженні сенсорних сигналів та їх подальше словесно-сенсорному закріплення у пам'яті. Цей шлях більш виражений у дорослих, ніж у дітей. Другий шлях перетворення сенсорної пам'яті в первинну не має мовної основи. Механізм цього перетворення поки не ясний. Він притаманний всім тваринам і людині, але для тварин і дітей раннього віку є єдиним шляхом перетворення сенсорної пам'яті в первинну.

Ємність первинної пам'яті менше, ніж ємність сенсорної. Частина інформації первинної пам'яті витісняється (забувається) знову надходить інформацією, частина переходить у вторинну пам'ять. Цей процес, мабуть, здійснюється через повторні сприйняття одних і тих же дій. Прийнято вважати, що інформація, не закодована у вигляді слів, не затримується в первинної пам'яті і прямо переходить у вторинну пам'ять. Тільки цей вид інформації може бути витягнутий через значний відрізок часу.

Вторинна пам'ять має велику ємність і тривалість зберігання. На відміну від первинної вторинна пам'ять організується на основі смислового значення інформації. Якщо при добуванні словесної інформації з первинної пам'яті помилки виявляються у вигляді змішання подібних звуків (наприклад, «п» і «б»), то з вторинної пам'яті при помилках витягуються різні слова, але одного і того самого змісту. Інформація з первинної пам'яті витягується з великою швидкістю, з вторинної - повільніше через необхідність перебору різних варіантів.

Третинна пам'ять характеризується міцною фіксацією минулого досвіду, витягується з високою швидкістю, зберігається навіть при серйозних захворюваннях і масивних ураженнях мозку, тоді коли інші види пам'яті зникають.

Вторинна і третинна пам'ять є стабільними формами зберігання інформації. Різні порушення в роботі мозку, пов'язані зі старінням, склерозом кровоносних судин, травматичними ураженнями або сильними психогенними потрясіннями, ведуть до нездатності освіти міцної пам'яті через порушення механізмів передачі інформації з первинної пам'яті у вторинну. У побуті це стан позначають як втрату пам'яті на недавні події при збереженій пам'яті на віддалені події.

Питання для дискусії: Що являє собою матеріальний носій пам'яті і чи існує матеріальний носій? Де зберігається пам'ять?

Складними матеріальними носіями пам'яті людини є мільярди нейронів і нескінченна безліч зв'язків, синапсів (грец.. Sinapsis-з'єднання, зв'язок, спеціальна зона контакту) між ними. У кінцевому рахунку пам'ять - це певна послідовність подій на молекулярному рівні. Зміна процесів обміну в нейроні, включаючи зміни в генетичному апараті клітини, обумовлюють формування нових синаптичних зв'язків між нейронами.

Основи сучасного підходу до дослідження нейронних механізмів навчання і пам'яті заклали на початку 40-х років ХХ століття російський фізіолог Іван Петрович Павлов, монреальський психолог Дональд Хебб і поляк Єжи Конорский. Вони виходили з уявлень про те, що процеси навчання і пам'яті повинні бути пов'язані зі змінами нервових мереж (нейронних ансамблів). Нервові клітини в таких ансамблях об'єднані в специфічні мережі. При формуванні короткочасної пам'яті збудження циркулює по системі циклічно замкнутих нейронів у корі головного мозку і в підкіркових структурах, через які здійснюється сприйняття цієї інформації, її аналіз та зберігання (фіксація). До показників функціонування короткочасної пам'яті відносять синаптичний ефект зміни ядерно-ядерцеву апарату клітини, викид в цитоплазму нейрона біологічно активних речовин і супутню цим процесам перебудову обміну речовин клітини. Включення блоків довготривалої пам'яті забезпечується через 10 хвилин після приходу інформації в клітку. За цей час відбувається перебудова біологічних властивостей нервової клітини.

Вважається, що під час навчання в нервові клітини приходить чутлива афферентная імпульсація, яка викликає кількісну активацію синтезу РНК і білка. Це може приводити або до встановлення нових синапсів між новими групами клітин, або до перебудови існуючих синапсів. Поряд з цим, процес запам'ятовування може супроводжуватися активацією синтезу нуклеїнових кислот і білка. Синтезовані молекули є сховищем інформації. Сон працює на довгострокову пам'ять. «Ранок вечора мудріший» - нічний сон зі збільшеною парадоксальною фазою призводить до того, що переробка сприйнятого в збільшену парадоксальну фазу сну призводить до вирішення будь-якої проблемної ситуації. Вилучення потрібного рішення з підсвідомості, де знаходиться 95% інформації, відбувається в стадії сну зі швидким рухом очей.

Досліди з видаленням ділянок кори великих півкуль головного мозку і електрофізіологічними дослідження показують, що «запис» кожної події розподілена по більш-менш великим зонам мозку. Це дозволяє думати, що інформація про різні події відбивається не в порушенні різних нейронів, а в різних комбінаціях совозбужденних ділянок і клітин мозку.

Головна роль в утворенні короткочасної пам'яті відводиться лобним часткам. Тому після видалення лобових часток піддослідні тварини перестають розрізняти певні подразники, що діють короткий час, і навпаки - при тестах на короткочасну пам'ять аналогічні зміни виявляються тільки в лобових відділах кори мозку.

У якій частині мозку локалізуються довготривала пам'ять? Досліди показали, що «комора пам'яті» знаходиться швидше за все в скроневих відділах кори. Але поряд з тією частиною кори півкуль, які «кваліфікуються» як комора пам'яті до сприйняття та зберігання інформації мають відношення і інші відділи кори. Скроневі частки кори і є найбільш відповідальними «Архіваріус» довготривалої пам'яті.

Обидві півкулі довідуються одночасно. Опції мови локалізовані в лівій півкулі, а праве сприймає і зберігає несловесні подразнення (зорові, слухові). І якщо вимкнути кору правої півкулі, буде втрачена пам'ять на просторові взаємозв'язки, на обличчя, мелодії, абстрактні зорові образи. Можна з упевненістю сказати, що істотну роль тут грають і деякі підкіркові утворення. Нейрофізіологи довели, що за підтримку виборчої здатності пам'яті, за запобігання її від помилок відповідають глибокі структури лобових часток. Можна припускати, що підкіркові структури беруть участь в утворенні динамічного «пейсмейкерного» механізму в мозку. Закодоване збудження, що породжується і направлене пейсмейкера, передається на інші ланки системи при забезпеченні психічної діяльності.

Хоча серйозно претендувати на роль підкіркової «комори пам'яті» може тільки гіпокамп (звивина півкулі головного мозку, розташована в підставі скроневої частки), що входить до складу лімбічної системи. У звичайних умовах гіпокамп забезпечує перенесення інформації про те, що відбувається в даний момент подію у відповідну «комору», переводить її з короткочасної пам'яті в довготривалу. Його пірамідні нейрони здатні до інтеграції і диференційованому управління сигналами, які надходять з різних аферентні входів. На думку деяких учених гіпокамп - це апарат для обліку помилок. Коли він відсутній або несправний, людина повторює свої помилки. Проведення величезного числа дослідів допомогло створити уявлення про гіпокампі як центрі, який затримує реакції організму. Це своєрідне біологічне «сито», пропускають важливі відомості і події в довгострокову пам'ять.

Встановлено, що для гіпокампа характерні тета - хвилі [1]. У процесі навчання, створення короткочасної пам'яті і реакцій на сигнал «що це?» У гіпокампі реєструється електрична активність з частотою в межах тета - ритму. Звідси тета - ритм передається іншим утворенням, які настроюються на запам'ятовування поточного події і перенесення його з «комори» короткочасної пам'яті в «комору» довготривалої пам'яті. Ми можемо назвати тета - ритм ритмом уваги, початковою фазою утворення умовного рефлексу.

Отже, пам'ять як психічний процес пов'язана з роботою цілісного мозку. У системі кожного аналізатора відбувається фіксація інформації, тому можна говорити про пам'ять зорової, слуховий, тактильної. Система пам'яті влаштована ієрархічно, дивно логічно і завбачливо. Темено - скронево - потилична область, де замикаються шляхи, що йдуть від різних аналізаторів, має найважливіше значення для формування вищих психічних функцій. У цій області розташовані освіти приймають участі у механізмах пам'яті. Експериментальні та клінічні дослідження показали, що крім гіпокампу, у формуванні пам'яті мають істотне значення такі структури мозку, як поясна звивина, передні ядра таламуса, маммілярние тіла, перегородка, звід, амігдалярний комплекс, які становлять великий і малий коло Папеца. Центральні фігури - гіпокамп, ретикулярна формація, мигдалина.

Таким чином, ми можемо намалювати таку картину пам'яті.

Великий лімбічної коло - гіпокамп - сингулярна система - це «інформаційний» цикл. Його структури широко приймають сенсорну інформацію з різних джерел і послідовно обробляють її на різних рівнях складності. Другий, гіпокамп - ретикулярний цикл - регуляторний. Ця система об'єднує структури, що регулюють робочий рівень мозку. До цього циклу примикає додаткова «емоційна» система (амігдала - гіпоталамус), яка за рахунок нервових і вегетативно - гормональних впливів, що виникають при емоціях, може посилювати і подовжувати збудження регуляторної системи. Сигнал проходить обробку «на запис» в інформаційній системі, тільки при «якості» з боку регуляторної системи.

Американський фізіолог Унгар пов'язував зберігання інформації в ЦНС з функцією цілого ряду пептидів і білків. Він відкрив, виділив з мозку щурів і розшифрував структуру одного такого нейропептида - скотофобіна, що складається з 15 амінокислот. Однак незабаром з'ясувалося, що і скотофобін не з'явився тією молекулою пам'яті, яка була б здатна записувати ту чи іншу конкретну інформацію. За своєю структурою скотофобін виявився схожий на молекулу АКТГ, яка також мала здатність покращувати формування пам'яті, але не була специфічною для жодного навика.В останні роки було відкрито ще ряд речовин, що впливають на утворення і консолідацію енграми. Зокрема, білки - 100 і 14 - 3 - 2. Білок - 100 взаємодіє з системою скорочувальних білків і системою транспорту кальцію в нейронах і гліальних клітинах, а білок 14 - 3 - 2 бере участь у процесах гліколізу в нервових клітинах. Встановлено, що при різних видах навчання кількість цих білків у нейронах кори і гіпокампу значно возрастает.Некоторие гормони також здатні впливати на процеси формування пам'яті. Так, вазопресин поліпшує навчання і консолідацію слідів пам'яті, а окситоцин, навпаки, викликає забування тієї чи іншої інформації, амнезію. Ендорфіни та енкефаліни погіршують формування умовних рефлексів і запам'ятовування, але покращують зберігання вже наявної інформації, регулюючи пам'ять за допомогою взаємодії з медіатором і вже через них впливаючи на метаболізм макромолекул. Введення адренокортикотропного гормону або його фрагментів призводить до активації нейронів у багатьох відділах нервової системи.

Подібні дослідження мають соціальне значення. При введенні в шлуночки мозку енкефаліни викликають у експериментальних тварин надзвичайну агресивність, змінюють їх поведінку, змінюють взаємини між окремими особами всередині стада. Вивчаються пептиди забування, звикання, впізнавання, роздвоюються особистість випробуваного. Порівняно недавно вдалося отримати ряд синтетичних енкефалінів, вплив яких відрізняється більш високою ефективністю, ніж дія нейропептидів, вироблюваних організмом.В останні роки велике значення надається ГАМК-ергіческіх механізмам в процесах пам'яті. ГАМК та її аналоги істотно поліпшують навчання, освіта енграми, покращують відтворення інформації, що зберігається. Це використовується, зокрема, в клініці. Для поліпшення ряду інтелектуальних процесів використовується аналог ГАМК - ноотропіл. [2]

Всі нині існуючі уявлення і гіпотези про нейрофізіологічних основи пам'яті не є до кінця вивченими і доведеними [3]. У зв'язку з цим і на сьогоднішній день ця проблема інтригуюче цікава як для фізіологів, так і для психологів.

Питання для дискусії: Що відбувається в мозку при навчанні?

Одні вчені говорять, що відбувається активація клітин при відкладанні інформації в пам'ять. Інші стверджують, що є гени, які перешкоджають відкладанню в пам'ять інформації. І запам'ятовування відбувається тільки тоді, коли емоційні подразники пригнічують роботу цих генів-блокаторів. Але точно, як відбувається цей процес, поки ніхто не знає.