Как работает ваш мозг. Внутри самого сложного объекта во Вселенной

Одним из первых этот феномен исследовал Иоганн Зегнер, венгерский ученый XVIII века. Говорят, он прикреплял тлеющий уголь к колесу, которое вращал все быстрее, пока не создавалось впечатление неразрывного круга. 200 лет спустя психолог из США Джордж Сперлинг провел системные исследования. Изучая способность людей воспроизводить набор букв, которые быстро мелькали на экране, он обнаружил, что наши мимолетные зрительные впечатления (так называемая иконическая память) длятся всего несколько сотен миллисекунд. Проведенные вскоре исследования эхоической звуковой памяти показали, что мы храним впечатление от услышанного несколько секунд. Стоит отметить, что эхоическая память бывает ослаблена у детей, которые поздно начали говорить.

Считается, что сенсорные воспоминания хранятся в виде временных сочетаний электрической активности в сенсорном и воспринимающем участках мозга. Когда деятельность затихает, воспоминание также угасает. Но пока воспоминание держится, оно дает детальный образ всего сенсорного опыта, из которого соответствующие кусочки информации можно забрать в кратковременную память и далее обработать рабочей памятью.

Кратковременная и рабочая память

Когда вы звоните в ресторан и, набирая номер, держите его в уме, вы используете кратковременную память. Она может сохранять около семи элементов информации в течение 15–20 секунд, но это время увеличивается благодаря постоянным повторениям.

Казалось бы, семь элементов информации – это немного, но ограничение можно обойти, «нарезав» кусочки информации на значимые элементы. Например, номер телефона из десяти цифр легче запомнить, если поделить цифры на три группы: код региона (предположим, 021), блок из трех цифр (639) и блок из четырех цифр (4345).

Судя по всему, кратковременная память хранит речевую и зрительно-пространственную информацию в разных местах. Речевому хранилищу уделили больше всего внимания. Его существование логически вывели из экспериментов, в которых ученые просили испытуемых вспомнить списки слов. Обычно люди гораздо лучше помнят последние несколько элементов списка, но эффект исчезает, если проверку отложить на несколько секунд, особенно если в промежутке происходит речевая деятельность, мешающая процессу хранения, например, счет в обратном порядке.

Судя по всему, речевые краткосрочные воспоминания хранятся в акустической или фонологической форме. Последовательность звучащих похоже букв (например, П Д Б В С Т) сложнее вспомнить правильно, чем звучащих непохоже (например, У К Л И Р З), даже если информация изначально представлена визуально.

Кратковременная память тесно связана с рабочей памятью, и два термина часто используются как взаимозаменяемые. Но есть различия: кратковременная память – это пассивное хранение и воспроизведение информации из недавнего прошлого, а рабочая память – активный процесс, предполагающий обработку этой информации. Кратковременная память поможет вспомнить, что именно вам только что сказали, а рабочая память позволит пересказать в обратном порядке или назвать первые буквы каждого слова.

Рис. 2.1. Память: от ощущения к хранению

Долговременная память

Особенно важная информация передается в долговременное хранилище мозга, где может лежать годами и даже десятилетиями. Там хранятся ваша дата рождения, номер телефона, номер машины и девичья фамилия матери.

В отличие от кратковременной памяти c ее акустическими образами, долговременная память, похоже, сохраняет смысловое содержание сообщения. Если вы попробуете вспомнить информацию после перерыва, то вряд ли вы воспроизведете точные слова, но их значение или основной смысл придут относительно быстро. Тем не менее это приводит к ошибкам.

Долговременные воспоминания принимают много разных форм. В частности, семантическая память связана со знанием фактов (например, что Париж – столица Франции), хотя вы не обязательно вспомните обстоятельства, при которых получили эту информацию. Эпизодические воспоминания касаются конкретных событий вашей жизни (например, дня, когда вы сдали экзамен на водительские права).

Кроме того, долговременные воспоминания бывают разных видов в зависимости от их воздействия на ваше поведение. Эксплицитной памятью называют сознательно вспоминаемые события или кусочки информации, а имплицитной – опыт, влияющий на поведение, чувства или мысли, даже если сами события или факты неактивны в памяти. Предположим, утром по дороге на работу вы прошли мимо итальянского ресторана, а позже в этот день решили съесть итальянское блюдо, не осознавая, что на вас повлияло увиденное утром.

Благодаря исследованиям, начиная с первой важной работы канадского психолога Дональда Хебба в 1940-х годах и до недавних трудов нейропсихиатра Эрика Кандела из Колумбийского университета в Нью-Йорке, мы сегодня знаем, что долговременные воспоминания сохраняются благодаря стабильным и постоянным изменениям в нейронных связях. Исследования морских слизней (которые вырастают до 30 см и имеют такие же огромные нервные клетки) позволили посмотреть, что происходит при формировании нового воспоминания. Выяснилось, что когда морские слизни выучивали простую реакцию на стимул, некоторые их синапсы укреплялись. Значит, импульс в первом нейроне с б'oльшей вероятностью «включал» второй нейрон. Судя по всему, это основа памяти у любого животного с нервной системой. Работа оказалась столь важной, что принесла Канделу Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2000 году.

В последние годы у нас появилась возможность изучать эти процессы неинвазивно, например с помощью фМРТ. Судя по всему, для «перевода» информации из кратковременной памяти в долговременную важны участки промежуточного мозга и гиппокампа.

Как память выглядит в мозге?

В фильмах о Гарри Поттере память – это серебряные струйки, которые можно достать из головы кончиком волшебной палочки, в «Головоломке» от Pixar – это маленькие светящиеся шарики, хранящиеся на огромных стеллажах в наших умах. Но как в действительности выглядит память? Как мозг хранит информацию, чтобы позже достать ее? Где лежат воспоминания, и, если бы их можно было увидеть, то на что они были бы похожи?

Ответы на удивление сложно найти, в том числе и потому что у мозаики памяти множество кусочков. Одни исследования концентрируются на мельчайших деталях происходящего и связях между клетками мозга. Другие пытаются разобраться с субъективным опытом – например, как у Марселя Пруста, когда вкус печенья «Мадлен» будил в памяти героя сцены из детства.

Точную картину изменений в мозге при формировании нового воспоминания гораздо сложнее раскрыть, но разрозненные данные постепенно объединяются в потрясающую картинку того, как воспоминания становятся клеем, связывающим нашу жизнь и нашу индивидуальность.

Работа Кандела с морскими слизнями раскрыла, как формируется память, но не ответила на вопрос, где именно происходит волшебство.

Странный случай Генри Молисона

Нейронаука многое узнала благодаря одному печальному случаю. В 1953 году Генри Молисону (долгое время известному только по своим инициалам Г. М.) была сделана неудачная операция. Хирург пытался убрать ткани мозга, вызывавшие эпилепсию. Приступы Молисона начинались в парной структуре в полушариях мозга, гиппокампе, и хирург его удалил.

Последствия для 27-летнего Молисона оказались колоссальными. Он не мог долго удерживать мысль в голове, и ему до конца жизни требовался уход. Но гигантской была и ценность для нейробиологии – мы узнали море информации из того, какие способности Молисона операция уничтожила, а какие пощадила.

Похоже, Молисон помнил почти все, что знал до операции. Это позволило предположить, что хотя структуры гиппокампа важны для формирования новых воспоминаний, они мало связаны с их хранением. Кратковременная память также не пострадала – Молисон удерживал информацию в течение 15–30 секунд, но не дольше. Кроме того, оказалось, что существуют важные подразделы долговременной памяти: Генри все еще мог приобрести физические навыки, например, научиться ездить на велосипеде, но у него не возникали новые воспоминания о собственной жизни, и он не запоминал новые факты.