Как работает наша память?

Современному человеку свойственно анализировать происходящие события. Человеческая память, подобно архиву, сохраняет счастливые и трагические моменты нашей жизни. Ученые называют память психологической функцией и одним из видов интеллектуальной способности человека. Она может сохранять, накапливать и воспроизводить необходимую нам информацию.

 

 

С давних времен актуальной проблемой развития памяти  занимались ученые  всех континентов планеты. Их исследования помогли нам понять, что функцию памяти нельзя рассматривать как молекулярный механизм и клеточную перестройку. Судя по всему, её создают разнородные, многоуровневые процессы, которые почти невозможно обобщить. Ученые давно пытаются найти решение этой актуальной проблемы и недавно нейробиологами Николаем Кукушкиным и Томом Карю из США была предпринята попытка обобщения механизма памяти. Они представили человеческую память в  виде иерархической системы, основу которой составляют молекулярные и клеточные временные «окна», хранящие прошлый информационный материал.

 

Не ищите после смерти могилу нашу в земле — Ищите ее в сердцах просвещенных людей.
– Джалаладдин Руми

Функция памяти крайне разнородна. В начале двадцатого столетия нейробиологи определили, что в мозгу человека происходят   нейрофизиологические процессы. Время сохранения информационного материала, содержание и механизмы являются отличительными характеристиками этих процессов. Функция памяти состоит из простейшего неассоциативного обучения кишечнополостных, павловского ассоциативного обучения, и, естественно, из нашей фрагментарной памяти, сберегающей информационный материал о прошлом времени.

Каким образом можно объединить такие разнородные процессы и дать им одно название?

В ходе исследований ученые выяснили, что нейрофизиологические процессы направлены на реализацию одной и той же функции, которая показывает, как именно действие накопленного опыта может изменить будущее поведение организма. Эта функция дала многоклеточным организмам уникальную вероятность сохранения прежнего опыта и модификации будущего поведения. К примеру, кишечнополостные организмы с примитивной нервной системой способны только к упрощенному неассоциативному обучению. К ассоциативному же обучению склонны более сложные беспозвоночные организмы, имеющие большее количество нервных клеток, нежели кишечнополостные и более развитую нервную систему. Известно, что ассоциативное обучение устанавливает связь с несколькими стимулами.

В результате исследований развития памяти ученые пришли к определенному выводу: перемены в поведении организма в соответствии с прошлым опытом дает ему значительное эволюционное превосходство. Когда вы полагаете, что ваша память, которая хранит всю информацию о прошлых годах жизни, нужна только для воспоминаний о прошлом дне рождения, вы ошибаетесь. У эпизодической памяти скорее утилитарная цель. Она необходима, чтоб смоделировать возможное будущее, исходя из накопленного опыта.

Мы с вами дали ответ на простой вопрос: зачем человеку память? Попробуем разобраться в достаточно непростом вопросе: какое понятие мы вкладываем в определение «память»? Необходимо уяснить, что важнейший и разносторонний механизм памяти определяется синаптической пластичностью. Что же представляет этот механизм? Во-первых, его нельзя отнести к точным механизмам. Синаптическую пластичность можно представить в виде обобщенного подхода, метафоры, описывающей способы сохранности информационного материала в головном мозгу. Такое явление, как синаптическая пластичность описывает изменения, которые происходят в организме на уровне клетки. Существенное значение для развития памяти имеют новые синапсы и развитие нейронов «de novo», которые встраиваются в нейронную сеть. Исходя из этого, можно сделать вывод, что синаптическая   пластичность не является основой для формулировки обобщенного определения функции памяти. ­

В соответствии с многофункциональными основами деятельности системы памяти, нейробиологи показали нам память как многомерную, иерархическую систему временных окон. Всякое окно представлено некими переменами состояния структур в биосистеме. Оно наделено способностью к сохранности информационного материала о накопленном опыте. Главное состоит в том, что эти окна не привязаны к нервной системе и многоклеточности организма. Такая конструкция превосходно описывает многообразие функций памяти. Например, сохранность информационного материала всевозможными типами памяти в разном промежутке времени. В это утверждение трудно поверить. Только на интуитивном уровне можно представить такую конструкцию, подробно изучив свойства молекулярных и клеточных механизмов памяти. Исследователи подвергли сомнению теорию бихевиористского обозначения памяти. Они отрицают связь нервной системы организма с функцией памяти и уверены в ее неделимости с модификационной изменчивостью.

Подобная сохранность информационного материала об ушедшем времени, на уровне примитивных изменений гомеостаза клетки, наблюдается у одноклеточных организмов. Исходя из этого, можно сказать, что множество бактерий также имеют память. Дабы определиться с этой концепцией, начнем с рассмотрения типичных моделей. Аткинсоном-Шиффриным предложена «многоэтажная» модель. Она располагает тремя разновидностями памяти, которые имеют собственные «хранилища».

  1. Самая младшая память – сенсорная. Этот тип памяти принимает поток информационного материала от органов чувств. Длительность хранения информации – секунда. Далее информационный материал переходит к кратковременной памяти. Она хранит информацию приблизительно 20 секунд.
  2. Кратковременная память передает информацию устойчивой долговременной памяти.
  3. Долговременная память способна сохранять информационный материал всю жизнь.

Такая модель, состоящая из трех этажей памяти, очень уж упрощена и вызывает некие сомнения. Эти сомнения привели к рассмотрению следующей теории, которая называется «теория уровней обработки Крейга и Локхарта». Согласно ей глубина обработки информационного материала находится в прямой зависимости от емкости памяти и времени хранения информации. В соответствии с данной концепцией у памяти нет отдельных хранилищ. Существует лишь единственная система, где память подвергается обработке и хранению. От качества обработки информационного материала зависит объем памяти и срок хранения.

Перечисленные модели всё же имеют существенную недоработку. Они не учитывают активную, регулярно меняющуюся структуру памяти. Исследователи в большинстве представляют память в виде информации, которую хранит компьютерная техника. Но так ли это?. Создается впечатление, что таким информационным материалом можно будет пользоваться постоянно — качество «хранилищ» остается неизменным. Но жизнь вносит свои коррективы. Любое обращение к памяти приводит к изменению общей структуры, при этом модифицируется имеющийся и информационный материал.

 

Память и хранилище памяти не должны рассматриваться раздельно. Это совершенно бессмысленно. Также надо понимать: память не является законченной системой, потому что обладает способностью изменяться. Как же быть с этими противоречиями? При помощи понятия «временных окон» ученые и нашли ответ на этот вопрос. Оказалось, что при первом восприятии информации на очень маленький промежуток времени раскрывается первое окно. Человек уделяет событию определенное внимание, и тогда раскрывается второе окно – свою работу начинает кратковременная память. Если нам необходимо зафиксировать какое-либо действие в памяти, на помощь приходит мнемотехника. Открывается следующее временное окно, и мы смотрим сквозь него на предыдущее окно кратковременной памяти. С раскрытием новых окон идет процесс закрепления информационного материала в памяти. Наряду с этим, возрастает уровень обработки полученной информации.

На основании сказанного можно сделать следующий вывод: из трех видов моделей наиболее подходящей можно считать модель иерархии временных окон. Она делит нашу память на две составляющие: кратковременную и долговременную. Надо помнить, что окна кратковременной памяти очень ограничены во времени. При переводе информационного материала в долговременную память возникает необходимость его многократного повторения. Только таким образом необходимая информация окажется в формах долговременной памяти. Эту модель можно применить для представления того, как формируется память механизмами синаптической пластичности.

Основным рецептором, который принимает участие в процессах синаптической пластичности, служит глутаматный NMDA-рецептор. Гиперполярность мембраны нейрона проявляется только в состоянии спокойствия, при этом канал рецептора имеет ион Mg2+, который способен заблокировать канал. Если же мембрана деполярна, рецептор сенситизируется ионом-пробкой, выбитым из интрамембранного канала. В результате этого рецептор становится более восприимчивым. В случае, когда окно чувствительности NMDA-рецептора совместится с окном доступности глутамата и коагонистов (глицин и серин), произойдет активирование рецептора, который поможет открыть ионный канал и вход в клетку катионов. Катионы кальция являются существенным вторичным мессенджером. Повышение концентрации Ca2+ в клетке происходит благодаря открытию необходимого числа ионных каналов. Увеличение концентрации катионов кальция приводит к открытию очень важного временного окна. Этот простой пример наглядно демонстрирует формирование сложной иерархической системы временных окон. Такая система формируется благодаря клеточным и молекулярным событиям, которые составляют основу памяти.

Деятельность механизма памяти во временных окнах проходит в два этапа:

  • открытие временных окон, которое приводит к модификации гомеостаза клетки;
  • закрытие этих окон, расставляющее все на свои места.

В образовании окон доступности цАМФ участвуют две химические реакции. Преобразование АТФ в цАМФ происходит с помощью фермента аденилатциклазы (ON), который активируется G-белками, и гидролиза цАМФ ферментом фосфодиэстеразы (OFF). При смещении равновесия в пользу аденилатциклазной реакции (ON), клетки накапливают цАМФ. В случае превышения концентрации цАМФ, активируется протеинкиназа А (PKA). В результате этих реакций происходит открытие временного окна последующего уровня. Из всего сказанного сделаем вывод: наша память представлена подвижной, многомерной, иерархической структурой. Ее центральный параметр определяется временным периодом. Значительное количество времени необходимо затратить на обработку сенсорного информационного материала (от десятка до сотни миллисекунд). Данный факт говорит о том, что наша память живет воспоминаниями о прошлом.

Современный мир представляет огромное число всевозможных физических параметров. Мозг человека выбирает из неимоверного информационного потока наиболее значительную информацию, обрабатывает ее и сводит к окончательному числу переменных. Именно переменные являют собой временные отклонения от базовой величины. Определение «временнóе окно» подразумевает временное отклонение. Процессы, которые происходят в мозгу человека, всегда сопровождает переменная времени. Она формирует нашу память, которая состоит из многочисленных временных окон. Такая трактовка понятия памяти подчеркивает формулировку: память – это некоторые отклонения гомеостаза, хранящие информационный материал об истории организма. Концепция «временных окон» утверждает, что память не является свойством головного мозга. Такая оригинальная трактовка понятия памяти ставит знак равенства между памятью и способностью хранить информационный материал.

Главный вывод, который можно сделать: Память – это неотъемлемое свойство любой живой системы.    

  1. Nelson Cowan. (2008). Chapter 20 What are the differences between long-term, short-term, and working memory?. Progress in Brain Research. 323-338;
  2. Buckner R.L., Petersen S.E., Ojemann J.G., Miezin F.M., Squire L.R., Raichle M.E. (1995). Functional anatomical studies of explicit and implicit memory retrieval tasks. J. Neurosci. 15, 12–29;
  3. Larry R. Squire. (2004). Memory systems of the brain: A brief history and current perspective. Neurobiology of Learning and Memory. 82, 171-177;
  4. Clint J Perry, Andrew B Barron, Ken Cheng. (2013). Invertebrate learning and cognition: relating phenomena to neural substrate. WIREs Cogn Sci. 4, 561-582;
  5. E. R. Kandel. (2001). The Molecular Biology of Memory Storage: A Dialogue Between Genes and Synapses. Science. 294, 1030-1038;
  6. Michael D. Gordon, Kristin Scott. (2009). Motor Control in a Drosophila Taste Circuit. Neuron. 61, 373-384;
  7. T J Carew, C L Sahley. (1986). Invertebrate Learning and Memory: From Behavior to Molecules. Annu. Rev. Neurosci.. 9, 435-487;
  8. Simona Ginsburg, Eva Jablonka. (2010). The evolution of associative learning: A factor in the Cambrian explosion. Journal of Theoretical Biology. 266, 11-20;
  9. Daniel L. Schacter, Donna Rose Addis, Randy L. Buckner. (2007). Remembering the past to imagine the future: the prospective brain. Nat Rev Neurosci. 8, 657-661;
  10. S. J. Martin, P. D. Grimwood, R. G. M. Morris. (2000). Synaptic Plasticity and Memory: An Evaluation of the Hypothesis. Annu. Rev. Neurosci.. 23, 649-711;
  11. Wei Deng, James B. Aimone, Fred H. Gage. (2010). New neurons and new memories: how does adult hippocampal neurogenesis affect learning and memory?. Nat Rev Neurosci. 11, 339-350;
  12. Miller A.G. (1956). The magical number seven, plus or minus two: some limits on our capacity for processing information. Psychol. Rev. 63, 81–97;
  13. Fergus I.M. Craik, Robert S. Lockhart. (1972). Levels of processing: A framework for memory research. Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior. 11, 671-684;
  14. Как построить дворец памяти. (2016). Experimental Psychic;
  15. Elizabeth Loftus. (2003). Our changeable memories: legal and practical implications. Nat Rev Neurosci. 4, 231-234;
  16. Nikolay Vadimovich Kukushkin, Thomas James Carew. (2017). Memory Takes Time. Neuron. 95, 259-279;
  17. N. Kleckner, R Dingledine. (1988). Requirement for glycine in activation of NMDA-receptors expressed in Xenopus oocytes. Science. 241, 835-837;
  18. J. David Sweatt. (2008). The neuronal MAP kinase cascade: a biochemical signal integration system subserving synaptic plasticity and memory. Journal of Neurochemistry. 76, 1-10;
  19. BENJAMIN LIBET, DENNIS K. PEARL, DAVID E. MORLEDGE, CURTIS A. GLEASON, YOSHIO HOSOBUCHI, NICHOLAS M. BARBARO. (1991). CONTROL OF THE TRANSITION FROM SENSORY DETECTION TO SENSORY AWARENESS IN MAN BY THE DURATION OF A THALAMIC STIMULUS. Brain. 114, 1731-1757.

Кажется, Вам понравился этот материал, раз Вы его дочитали до конца. Пожалуйста, поделитесь с нами своими мыслями об этом?

Comment

This post doesn't have any comment. Be the first one!

hide comments
Share
...
Back

Your cart

0

Корзина пуста.

Total
0.00$
Checkout
Empty

This is a unique website which will require a more modern browser to work!

Please upgrade today!