Текст книги "Ваш мозг. Что нейронаука знает о мозге и его причудах"

2. Память

В юности Джилл Прайс была ничем не примечательной школьницей. В старших классах она получала тройки.

Ей никогда не нравилась наука, она еле сдала геометрию и с трудом запоминала важные исторические даты (что, как вы скоро поймете, особенно удивительно). «Учеба давалась мне непросто, – говорит она сегодня. – Я не гений»¹.

Но задай ей правильные вопросы – и она непременно проявит не что иное, как гениальность. Если назвать Джилл любую дату с 1980 г. (когда ей исполнилось 14 лет) и до сегодняшнего дня, она тут же скажет, какой тогда был день недели, озвучит важные события, произошедшие в тот день, а также в подробностях опишет, чем тогда занималась сама – вплоть до блюд на ужин. Берет она все эти сведения из памяти.

Когда исследователи попросили ее описать 27 апреля 1994 г., Джилл ответила: «Тогда была среда… Я находилась во Флориде. Меня позвали, чтобы попрощаться с умирающей бабушкой. Я приехала туда 25-го числа, в понедельник. После выходных, когда умер президент Никсон»². Можете проверить сами: все дни недели совпадают, а Ричард Никсон и вправду умер 22 апреля того года. Ученые называли Джилл десятки дат, и она давала на каждую такое же подробное описание.

Но как она запомнила столько данных? Неужели учила наизусть календари, свои личные дневники и списки важных событий, произошедших в тот или иной день? Когда Джилл впервые продемонстрировала свой дар, многие так и решили – иного объяснения они не видели. Однако Джилл удалось убедить некоторых именитых исследователей, что она неумышленно и, возможно, даже неосознанно запоминает мельчайшие события из своей жизни.

Существует состояние, при котором человек может воспроизвести в мельчайших подробностях свою жизнь на десятилетия назад: от дня недели до бытовых мелочей. Это исключительная автобиографическая память.

Уже в 12 лет Джилл осознала, что запоминает все происходящее слишком точно. А в 14 начала, не прилагая особых усилий, запоминать подробности каждого прожитого дня. Почему это началось именно в 1980 г., неясно. Сама Джилл утверждает, что именно с этого возраста ее память работает сама по себе: «Назовите дату – и у меня перед глазами тут же встает картинка. Я будто возвращаюсь в прошлое и прямо вижу, что именно делала в тот день»³.

В начале нулевых Джилл рассказала о своей феноменальной памяти исследователю Джеймсу Макгоу. После того как Макгоу с коллегами опубликовал статью о Джилл, нашлось еще несколько людей с такими же необычными способностями. Это явление назвали исключительной автобиографической памятью, или гипертимезией. До сих пор невозможно точно сказать, что является ее причиной.

Кому-то гипертимезия может показаться даром свыше, но Джилл частенько испытывает из-за нее трудности. «Память управляет моей жизнью, – говорит она. – Она – мое бремя. Каждый день я заново переживаю все события своей жизни»⁴.

Случай Джилл Прайс дает нам понять, что порой память способна причинять неприятности. Но обычно хорошая память – признак того, что наш мозг здоров и работает как надо. Ведь воспоминания формируют нашу личность, влияют на наши нынешние поступки и определяют, насколько мы довольны своей жизнью. Память – основа нашего сознания, поэтому нейробиологи заинтересованы в ее изучении.

Виды памяти

Психологи и другие исследователи, изучающие память, давно признают, что ежедневно мозг использует различные «виды» памяти, которые проще всего разделить на две категории: долговременная и кратковременная память.

Кратковременная память используется, чтобы ненадолго (на 30 и менее секунд) запоминать новые сведения. Кратковременной памяти хватает, чтобы выполнить некоторое действие или зафиксировать информацию (проговорить ее вслух или записать) для дальнейшего использования. Если вы сидите в кафе, кратковременная память не даст вам забыть свой заказ, пока вы ждете официанта. А если вы такой же рассеянный человек, как и я, то потом, когда официант все-таки подойдет, вам снова придется искать в меню названия выбранных блюд – ведь информация, которая оказывается в кратковременной памяти, хранится там совсем недолго.

КАК СТАТЬ ЧЕМПИОНОМ ПО ЗАПОМИНАНИЮ

Хотите ли вы развить память настолько, чтобы победить в Мировом чемпионате по запоминанию? (Да, такой чемпионат и вправду существует.) Тогда попробуйте воспользоваться любимым мнемоническим методом его участников. Он называется «метод локусов» и был придуман еще в Древней Греции. Представьте хорошо знакомое вам место (например, свою комнату). Затем составьте список всего, что вам нужно запомнить, и мысленно свяжите каждый пункт с одним предметом в комнате. Чтобы запомнить пункт «яблоки» в своем списке покупок, представьте дверную ручку в форме яблока. Вы сами изумитесь, как легко запоминать списки покупок и важных дел с этим подходом. С его помощью чемпионы мирового уровня запоминают порядок карт в перемешанной колоде за 21 с!

Воспоминания, которые мозг хранит в течение дней, месяцев или даже всей жизни, находятся в долговременной памяти. Эта глава в основном будет посвящена долговременным воспоминаниям, поскольку люди чаще всего имеют в виду их, говоря о памяти. Долговременные воспоминания – это наш кругозор, наше самовосприятие и те знания, которыми мы пользуемся в повседневной жизни.

Всем известна разница между долговременной и кратковременной памятью, однако исследователи уверены, что существуют и другие виды памяти. Сенсорная память – недолговечный вид памяти, который сохраняет сведения, полученные с помощью органов чувств, ровно до тех пор, пока мозг не обработает всю необходимую ему информацию.

Скорее всего, вы используете этот вид памяти, сами того не замечая. Если взять бенгальский огонь (или другой небольшой источник яркого света), зайти в темное помещение и быстро провести им туда-сюда, то можно увидеть следующий за его движением световой шлейф, который быстро растворяется в темноте. Дело не в физике – в действительности никакого шлейфа нет. Это лишь зрительная информация, которая сохранилась в вашей чувственной памяти буквально на долю секунды[3]3
  Не совсем удачный пример. След от бенгальского огня в темной комнате остается из-за процессов, протекающих в сетчатке глаза, а не в памяти. Более наглядный пример работы сенсорной памяти – способность некоторое время «слышать» мелодию, которая только что звучала. – Прим. науч. ред.


[Закрыть].

Полагают, что существует еще один вид памяти – долговечнее, чем кратковременная, но мимолетнее, чем долговременная. Эта память называется промежуточной, и она держит сведения в вашей голове дольше 30 с, но не хранит их неделями и месяцами. Сейчас вы наверняка можете сказать, что ели утром на завтрак. Но через год вы вряд ли вспомните такие подробности (или вспомните, но только в том случае, если в это время произошло нечто запоминающееся).

И хотя этой классификации достаточно, также память делится по типам сведений, которые она хранит. Обычно выделяют декларативную и процедурную память. Декларативная хранит воспоминания, которые вы используете осознанно. Это научные факты («В мире существует 7 материков») или важные события из жизни (на совершеннолетие родители устроили вам вечеринку-сюрприз).

Процедурная память хранит воспоминания, которые мы используем неосознанно. Вы не задумываетесь, как именно завязываете шнурки, чистите зубы или едете на велосипеде. Мозг, конечно же, помнит все пошагово, однако вам не приходится каждый раз осознанно вспоминать прошлый опыт, чтобы выполнить уже привычную задачу (а если вы и попытаетесь выполнить ее осознанно, то, скорее всего, лишь запутаетесь).

Нейронные связи и формирование воспоминаний

Чтобы формировать воспоминания, мозг должен строить связи. То есть ему необходимо связывать между собой те сведения об окружающем мире, понятия и эмоции (или их совокупность), которые прежде, возможно, не имели для человека ничего общего. Память полезна, когда она долговечна, поэтому связи между объектами нужно строить надежные – настолько, чтобы даже малейшее напоминание вызывало целый ряд ассоциаций.

Такие связи возникают благодаря нейронам. Чтобы понять их суть, необходимо усвоить, каким образом нейроны «общаются» друг с другом. Большинству нейронов – и тем, которые постоянно посылают друг другу сигналы, – даже не нужно соприкасаться. Один нейрон передает сигнал другому через расположенное между ними микроскопическое пространство, называемое синаптической щелью. Ширина этой щели очень мала – около 20–40 нм. Для сравнения, толщина человеческого волоса – примерно 80-100 тыс. нм.

Связь между нейронами выстраивается следующим образом. Первый нейрон – пресинаптический, поскольку именно с него начинается нейропередача – выделяет нейромедиаторы. Они пересекают синаптическую щель и крепятся к белковым молекулам, или рецепторам, постсинаптического нейрона. Прикрепившись к рецепторам, нейромедиаторы влияют на постсинаптический нейрон. Он активируется и передает сигнал следующему нейрону. Связь, которая формируется в месте контакта двух нейронов (и включает пресинаптический нейрон, постсинаптический нейрон и синаптическую щель), называется синапсом.

Попробуем упростить. Представим, что в мозге есть нейроны, которые отвечают за определенные слова. Например, один нейрон отвечает за слово «миндалина» (о которой мы говорили в Главе 1), а другой – за слово «страх».

Понятно, что в действительности нейроны работают не так. Для такого сложного понятия, как «страх» (или такого простого, как представление об одной области мозга), необходимо множество нейронов. Но на время об этом забудем.

Теперь представьте, что до этой главы вы не связывали друг с другом понятия «миндалина» и «страх». Нейроны, которые за них отвечают, никогда прежде не соединялись (может, раньше вы и вовсе не слышали о миндалине головного мозга, так что у вас даже не было нейрона для этого понятия). Тем не менее, пока вы читали эту главу, ваш мозг соединил два понятия вместе, связал их.

Таким образом, к концу главы два нейрона начали «общаться» друг с другом. И возникла новая «синаптическая связь». Теперь, когда вы услышите слово «миндалина», отвечающий за нее нейрон немедленно активирует другой нейрон – ответственный за слово «страх». Примерно так и образуются связи между понятиями, которые прежде не имели для человека ничего общего. Новые синапсы образуются под влиянием нашего опыта, что позволяет сформировать соответствующее воспоминание.

Память и… морские зайцы?

Конечно, пример выше излишне упрощен. Однако нейробиологи признают, что воспоминания и вправду формируются благодаря возникновению новых синаптических связей между нейронами, а также укреплению уже существующих. Признают они это потому, что изучали работу памяти на примере организма с упрощенной нервной системой, которому для запоминания достаточно лишь нескольких десятков нейронов.

Аплизия (лат. Aplysia californica) – это заднежаберный моллюск, называемый также морским зайцем. Как можно догадаться, это создание вряд ли вдохновит кого-то слагать сонеты о красоте природы. Неуклюжая и склизкая, аплизия скорее заставит вас скривиться одним своим видом. Но именно благодаря ей ученым удалось понять, как работает человеческая память.

Моллюск Aplysia californica.

Источник: Национальный научно-исследовательский институт генома человека (США)

Нервная система аплизии относительно проста: она включает около 20 тыс. нейронов (человеческий мозг состоит из 86 млрд нейронов, а мышиный – из 75 млн). Нервная система аплизии – своего рода масштабированная модель человеческой нервной системы. Кроме того, аплизия настолько велика для моллюска (длина взрослой особи составляет около 20 см, а масса – почти 1 кг)⁵, что ее нейроны просто огромны – одни из крупнейших в царстве животных. Их диаметр может достигать 1 мм, что соразмерно с толщиной монеты в 10 центов (диаметр же наших нейронов можно сравнить разве что с расщепленным волосом). Наконец, аплизия имеет способность к запоминанию, поэтому представляет собой упрощенную, легкую в изучении модель, с помощью которой можно наблюдать за формированием воспоминаний в режиме реального времени.

Чтобы понять, как проводились исследования с участием морского зайца, изучим анатомию этого моллюска (я знаю, что вы открыли книгу вовсе не за этим, но потерпите совсем немного). Жабры (дыхательные органы) аплизии расположены вдоль задней части ее тела. Они скрыты под складкой, называемой мантией, от которой тянется трубчатый орган – сифон. Сифон нужен, чтобы аплизия могла избавляться от отходов своей жизнедеятельности.

Если прикоснуться к сифону аплизии, она втянет его вместе с жабрами, совсем как мы отдернули бы руку от горячего предмета. Отличие лишь в том, что человек отшатывается от источника тепла быстро и всем телом, а аплизия втягивает только жабры и делает это неторопливо, как и положено морским слизням.

Чем чаще прикасаешься к ее сифону, тем слабее отклик. Аплизия постепенно осознает: ей не причинят вреда. Точнее, она запоминает, что прикосновения безопасны, и относится к ним спокойнее.

Однако, если сопроводить прикосновение к сифону легким ударом тока, реакция будет совершенно другой. Запомнив болезненное прикосновение к сифону, с каждым разом аплизия будет втягивать жабры все сильнее, даже если исключить из опыта электрический ток. Когда ударом тока сопровождается несколько прикосновений подряд, животное не забывает об этом днями, а то и неделями. В течение этого времени аплизия поспешно втягивает жабры после любых прикосновений, даже безболезненных.

Нейробиологи подробно изучили, каким образом нейроны аплизии образуют воспоминания подобного рода. Когда моллюск впервые получает удар током во время прикосновения, в его нервной системе укрепляется связь между чувствительными нейронами, распознающими прикосновение, и Двигательными нейронами, от которых зависит, с какой скоростью слизень втягивает жабры. При последующих прикосновениях чувствительные нейроны выделяют больше молекул-нейромедиаторов, из-за чего двигательные нейроны активируются сильнее.

Чтобы боль от прикосновений не забылась даже через несколько недель, организм увеличивает количество задействованных нейронов. К чувствительным нейронам, которые и без того выделяют больше нейромедиаторов, подключаются новые. В результате количество синаптических связей между чувствительными и двигательными нейронами растет. Чем больше таких синаптических связей, тем крепче связь между чувственным восприятием и моторикой и тем выше вероятность, что организм в ответ на прикосновение начнет двигаться (быстрее и эффективнее прежнего). Синаптические изменения, ускоряющие взаимодействие между нейронами, известны как долговременная потенциация (от лат. potentia — сила), поскольку они надолго усиливают синапсы. Воспоминания в человеческом мозге образуются по тому же принципу.

Нейроны человеческого мозга склонны поддерживать те синаптические связи, которые используются чаще всего. Частота играет решающую роль: именно по ней определяется, что необходимо связывать друг с другом (из событий, понятий и даже целых воспоминаний). Если синапс используется часто, формирующие его нейроны всеми способами укрепляют его. В этом и заключается долговременная потенциация.

Но человеческая память, в отличие от памяти морского зайца, строится не только на рефлексах. Наши воспоминания основываются на чувственном восприятии, настроении, личном опыте и т. д. Поэтому в их создании участвует намного больше нейронов головного мозга.

Как бы то ни было, это нисколько не умаляет значения долговременной потенциации, которая чаще всего происходит в структуре, называемой гиппокампом. Это отдел мозга, во многом ответственный за качество запоминания.

«Морской конек» в головном мозге

Гиппокамп находится в височной доле (том самом участке мозга, который расположен у висков), под корой, в глубине мозга. В действительности их два, по одному в каждом полушарии, поэтому мы говорим «гиппокамп», но подразумеваем «гиппокампы».

Гиппокамп представляет собой кусочек мозговой ткани в форме буквы «С» и называется так потому, что с виду напоминает морского конька (лат. hippocampus – морской конек). Несмотря на размер, гиппокамп играет важную роль в формировании воспоминаний.

В качестве доказательства достаточно того, что повреждение гиппокампа приводит к амнезии. И здесь как никогда уместен пример Клайва Уэринга.

Весной 1985 г. Уэринг доживал свой пятый десяток. Он был дирижером, музыкантом, преподавателем и при этом успевал работать на радио BBC. Когда мужчина впервые заметил симптомы болезни, которая впоследствии повредила его гиппокамп, списал все на усталость. Затем его состояние ухудшилось и ему стало сложнее изъясняться, но он решил, что подхватил тяжелую простуду или грипп. Тогда Уэринг даже предположить не мог, что у него развивается заболевание, которое изменит всю его жизнь.

Среди первых симптомов числилась головная боль, которой Уэринга тогда было не удивить. Ее с легкостью можно было объяснить плотным графиком. Тем не менее эта боль стала настолько невыносимой, что мешала спать – и это уже настораживало. Температура его тела поднялась до 40 °C и в течение нескольких дней держалась в районе 37,7 °C. Когда Уэринг начал забываться и бредить, стало ясно: он болен совсем не гриппом. Мужчина то приходил в себя, то снова забывался; врачу пришлось направить его в больницу.

Поначалу сотрудники медицинского учреждения никак не могли понять, почему состояние Уэринга ухудшилось так стремительно. Они решили, что пациент болен герпетическим энцефалитом. Энцефалит — это общий термин для группы заболеваний, характеризующихся воспалением мозга. Такие заболевания могут быть вызваны самыми разными причинами, а в случае герпетического энцефалита виновником является вирус герпеса. Обычно он происходит из того же вирусного штамма, представители которого вызывают у нас гнойные высыпания в самое неподходящее время. Как и почему в редких случаях этот вирус мигрирует в нервную систему, неизвестно.

Хотя врачи были уверены, что Уэрингу не выжить, организм мужчины справился и с вирусом, и с вызванным им энцефалитом. Однако вирус, наряду с реакцией иммунитета, стал причиной необратимых последствий. Важные участки мозга Уэринга были повреждены. В первую очередь – гиппокамп.

К счастью, болезнь не привела пациента к слабоумию, а также не лишила его других жизненно важных умений. Но на сегодняшний день амнезия Уэринга – самая тяжелая из всех известных миру. Мозг мужчины не способен переводить информацию из кратковременной памяти в долговременную, поэтому все новые сведения держатся в его голове не дольше 30 с. Можно сколько угодно сосредоточиваться – новые воспоминания исчезнут из его памяти буквально через несколько секунд после того, как успеют сформироваться.

Уэринг часто забывает тему разговора прямо посреди фразы. Разложив карты для пасьянса, он внезапно удивляется, почему они лежат перед ним. Если он берет какой-нибудь предмет, сжимает ладонь, а затем разжимает, то этот предмет становится для него настоящим откровением, словно не он сам, а кто-то другой без его ведома вложил эту вещь ему в руку.

Что любопытно, Уэринг частично помнит свое прошлое. Он до сих пор без проблем играет на фортепиано, помнит имя своей жены. Но воспоминания, сформированные его мозгом незадолго до болезни, безвозвратно утеряны. Уэринг помнит, что у него есть дети, но каждый раз удивляется, насколько они взрослые. Он забыл о том, что происходило до лечения, и уверен: все вокруг должно выглядеть так же, как за годы до его госпитализации – во времена, которые он еще отчасти помнит. К сожалению, неспособность запоминать что-то новое ослабляет его здоровье.

Уэринг оказался во временной петле, из-за чего ему кажется, что он вновь и вновь внезапно пробуждается от длительной комы. Его личные дневники выглядят жутко: строчка за строчкой Уэринг пишет нечто в духе «04:45. Впервые полностью проснулся» и «11:22. Впервые проснулся окончательно (несмотря на вышесказанное)»⁶. Каждый раз, когда его память «обнуляется», он уверен, что проснулся только сейчас. И каждый раз он убежден, что лишь это пробуждение – единственное настоящее в его жизни.

Формирование воспоминаний

Огромное число исследований и множество пациентов, подобных Клайву Уэрингу, показывают, что гиппокамп играет решающую роль в формировании воспоминаний. Но какие именно задачи он выполняет? Ответить на этот вопрос сложнее. Для начала давайте проследим за жизнью воспоминания – с момента его формирования и до этапа, когда оно закрепляется в мозге окончательно.

Поначалу воспоминание представляет собой определенную мозговую деятельность, вызванную неким чувственным опытом в совокупности с другими факторами – настроением, воспоминаниями о прошлом (на основе которых и определяется значимость того или иного опыта) и др. К примеру, у человека есть воспоминания об особенно приятной поездке на море. В таком случае мозг хранит память о том, как приятно лежать на песке, вслушиваться в шум перекатывающихся волн и редкий крик чаек, чувствовать легкий ветерок, который приносит соленый аромат океанского воздуха, перемешанного с запахом крема от загара. Сведения, полученные с помощью органов чувств, дополняются воспоминаниями о том, как вы ощущали себя в этой поездке (до этого вы работали не покладая рук, а на море у вас наконец-то появилась долгожданная возможность расслабиться).

Повреждение гиппокампа приводит к амнезии. Науке известен случай, когда пациент утратил способность держать что-то в голове дольше 30 с из-за поврежденного вирусом гиппокампа.

Все эти подробности пробуждают различные участки мозга: начиная с зон, ответственных за чувственное восприятие, и заканчивая зонами, отвечающими за высшую нервную деятельность. Когда воспоминания только формируются, балом правит кратковременная память – не долговременная. А также гиппокамп.

Нейробиологи полагают – и здесь важно подчеркнуть слово «полагают», поскольку подробности активности гиппокампа до сих пор окончательно не изучены, – что гиппокамп собирает сведения о том, какие именно области мозга активировались во время вашего пребывания у моря. Далее, он «запоминает» порядок пробуждения участков мозга, чтобы в будущем при необходимости его повторить. Проще говоря, добавляет новый опыт в вашу личную «картотеку».

Воспоминания об этой поездке на море он разместит рядом с воспоминаниями о других поездках на море, или рядом с другими приятными воспоминаниями, или рядом с воспоминаниями о других событиях, произошедших в то же лето. Такая «систематизация» сведений позволяет мозгу быстро связывать настоящий опыт с похожим опытом в прошлом, новые понятия – с уже знакомыми и т. д. Мозг способен связывать друг с другом даже целые воспоминания, благодаря чему мы не только лучше запоминаем события, но и быстрее обучаемся.

Гиппокампу достаточно один раз «запомнить» порядок активации участков мозга, чтобы в следующий раз после малейшего намека (если вы захотите снова съездить на море, почувствуете запах лосьона для загара или вас спросят о том, как вы провели лето) активировать их вновь. «Намеки» активируют те области мозга, которые участвовали в первоначальном опыте. А гиппокамп расценивает повторную активацию этих областей как что-то знакомое, находит необходимые файлы в «картотеке» и воспроизводит воспоминание уже целиком.

Чем чаще он восстанавливает первоначальный порядок активации областей мозга, тем надежнее связь между нейронами, участвовавшими в создании воспоминания о соответствующем опыте. Считается, что именно процесс воссоздания прошлого опыта и укрепления нейронных связей лежит в основе консолидации памяти — перевода воспоминаний в надежный и долговечный «формат».

Хотя консолидации способствует сознательное воссоздание в памяти событий прошлого, есть также свидетельства того, что важную роль в этом процессе играет сон. Нейроны, которые участвуют в формировании первоначальных воспоминаний, также активны в течение фазы глубокого сна⁷. Основываясь на этих данных, нейробиологи полагают, что во время сна мозг «переносит» все важные сведения о прошедшем дне в долговременную память.