2
Память – это больше, чем «сознательное восстановление событий прошлого». Более широкое определение: память – это то, как прошлые события влияют на будущие функции. Мозг воспринимает мир и кодирует полученные данные таким образом, что будущие реакции меняются. Прошлые события могут напрямую формировать то, как и чему мы учимся – даже если сознательных воспоминаний об этих событиях у нас нет. Самый ранний опыт формирует наши способы поведения, в том числе модели отношений с другими – при этом мы не можем осознанно вспомнить, когда произошел этот первый опыт.
Как обсуждалось в главе 1, мозг состоит из нейронных сетей, похожих на паутину. В них может запускаться множество паттернов, называемых «профилями нейронных сетей».3 Ученые обнаружили, что структура нейронной сети позволяет ей обучаться посредством процесса кодирования. Он активирует определенный набор паттернов возбуждения нейронов, распределенных по всему мозгу.4 Авторы, изучающие это явление, описывают его, пользуясь терминами «коннекционизм» и «параллельно распределенная обработка» (эти подходы мы обсуждали в главе 2). Важный вопрос, который поднимают эти исследования, то, что соединение нейронов в сложной сети (то есть структуре мозга) позволяет обучаться.5 Нарушение этой взаимосвязи может лежать в основе серьезных расстройств, таких как аутизм, и влияет на то, как мозг обрабатывает информацию.6 Другая точка зрения отражена в термине «бабушкин нейрон». Некоторые виды информации (например, распознавание лица вашей бабушки), по-видимому, содержатся в отдельных нейронах.7 Такой взгляд на обработку данных подтвержден рядом биологических исследований. Этот способ представления информации отличается от параллельно распределенной/нейронной обработки, но не несовместим с ней. Исследования показывают, что в мозге могут возникать обе формы нейронных представлений.8 Считается, что срабатывание отдельных или объединенных в группы компонентов нейронной сети влияет на вероятность «паттернов срабатывания» в будущем. Если определенный паттерн был задействован в прошлом, повышается вероятность его активации в будущем. Если паттерн срабатывает неоднократно, вероятность активации еще больше возрастает. Повышение вероятности возникает в результате изменений в синаптических связях внутри сети. Таким образом, изменения на уровне клеточной мембраны создают вероятность возбуждения определенных комбинаций нейронов.9 Процесс «долгосрочной потенциации» был описан как один из способов изменения силы связи между нейронами.10 Конкретный паттерн срабатывания (то есть поток энергии внутри определенного профиля нейронной сети) содержит в себе «информацию». Таким образом, сеть учится на своем прошлом опыте. Повышенная вероятность запуска аналогичного паттерна – это то, как сеть «запоминает». Структура «трех П» позволяет нам визуализировать вероятные состояния разума как поток энергии – процесс, который мы обсуждали в главе 1 как «движение от возможности к действительности». В результате опыт кодируется, хранится и воспроизводится как воспоминание. Кодировка и воспроизведение данных происходит посредством синаптических изменений, которые направляют поток энергии через нервную систему и мозг. Эти изменения связаны с вероятностью срабатывания в сложной сети взаимосвязанных нейронов. Вероятностные свойства памяти и вероятностный взгляд на разум хорошо согласуются друг с другом.
Опыт непосредственно формирует структуру мозга и оказывает влияние на вероятность появления энергетических паттернов в теле и его взаимодействии с миром. Как мы видели в главе 1, этот общий процесс считается развитием мозга, «обусловленным опытом»; термин относится к общим процессам, посредством которых нейронные связи поддерживаются, укрепляются и создаются. Вспомним: развитие «ожидаемого опыта» происходит похоже. Опыт влияет на рост мозга; нейронные связи формирует генетическая информация. На эти связи оказывают влияние нейронные импульсы – образовавшиеся сети в результате становятся прочнее. Мы учимся и запоминаем всю жизнь; можно считать, что мозг и наш разум развиваются всю жизнь. Мозг младенца при рождении имеет переизбыток нейронов с относительно небольшим количеством синаптических связей. В первые несколько лет жизни картина меняется и можно наблюдать набор из множества высокодифференцированных и переплетенных связей. Опыт, генетическая информация и эпигенетические регулирующие факторы в значительной степени определяют, как эти связи устанавливаются. Память использует процессы, посредством которых химические изменения усиливают ассоциации между нейронами, для «краткосрочного кодирования». Для долговременного хранения данных активируется генетический механизм производства белка, необходимого для установления новых синаптических связей.
Как отметили Милнер, Сквайр и Кандел, «исследования пластичности сенсорной коры привели к выводу, что структура мозга уникальна для каждого человека и зависит от его жизненного опыта».11 Таким образом, структура и функции мозга формируются опытом. Процессы развития и памяти могут основываться на сходных нейронных и молекулярных механизмах – механизмах, лежащих в основе образования синапсов.12 Изменения в синаптической связи способны менять то, как функционирует мозг. То, что мы обычно называем «памятью», относится к влиянию событий на мозг и изменению мозга в результате этого воздействия. Как мы увидим, у мозга есть множество прямых механизмов, с помощью которых он «запоминает» опыт.
То, как мы вспоминаем прошлое, зависит от того, какие компоненты сети мозга активируются в будущем. Например, если вы увидели Эйфелеву башню во время поездки в Париж, зрительная система (и другие части вашего мозга) активирует свои схемы – создает образ башни. Это называется «кодированием». Следующий этап – «хранение». Здесь речь о вероятности того, что аналогичный профиль нейронной сети будет снова активирован в будущем. Обратите внимание: в мозгу нет «склада», в который что-то помещается, а затем вынимается при необходимости. Сохранение памяти происходит за счет изменения вероятности активации того или иного нейронного паттерна. Ваш мозг будет иметь возможность повторно активировать определенный профиль нейронной сети. Таким образом, память – это процесс, основанный на изменении вероятности возбуждения нейронов. «Воспроизведение» – это активация потенциального профиля нейронной сети, который близок, но не идентичен профилю, активированному в прошлом. Когда вы намеренно пытаетесь вспомнить Эйфелеву башню, у вас может возникнуть внутренний зрительный образ этого сооружения, а также в памяти всплывут и другие аспекты парижского путешествия.
Нейронная сеть мозга может активировать набор анатомически и хронологически связанных импульсов в ответ на воздействие окружающей среды. Этот профиль кодируется, сохраняется и затем извлекается на основе простой аксиомы, предложенной в 1949 году Дональдом Хеббом. Мы ее уже напоминали: нейроны, которые активируются вместе, имеют тенденцию срабатывать вместе и в будущем. Или, перефразируя Карлу Шац, нейроны, которые активируются вместе, соединяются.13 Как указывал Хебб, «общая идея стара – любые две клетки или системы клеток, которые постоянно активны в одно и то же время, склонны становиться «ассоциированными», – активность одной способствует активности другой».14 Зигмунд Фрейд в 1888 году постулировал «метод свободных ассоциаций», в котором предлагался именно такой подход.15 Нейронная ассоциация, которая функционально связывает активность нейронов, понимается как связанная с метаболическими изменениями (для кратковременной памяти) и более стабильными структурными изменениями (для долговременной памяти). Принцип связывания учитывает как анатомические, так и временные ассоциации нейронной активности. Как мы увидим, благодаря памяти сложная нейронная сеть создает анатомически распределенные и функционально сгруппированные совокупности активации во времени. Изменение синаптических связей или «синаптических сил» путем создания новых связей либо путем модификации существующих напрямую влияет на вероятность возбуждения нейронов (модификация существующих связей может происходить, например, в результате изменения хода высвобождения нейротрансмиттера или чувствительности рецепторов). Это суть того, как нейронная сеть запоминает.
Продолжим на примере Эйфелевой башни. Если вы действительно видели башню или ее изображение, то, вероятно, сможете «увидеть» образ этой башни мысленным взором. Что это на самом деле означает? Недавние исследования мозга показывают, что при выполнении задания на визуализацию объекта активизируются части мозга, отвечающие за обработку зрительной информации.16 Профиль нейронной сети, аналогичный тому, который активировался в то время, когда человек действительно видел объект, реактивируется, когда человек об этом объекте вспоминает. Это называется «визуальное представление». Таким образом, разум способен генерировать паттерн возбуждения нейронов во время видения, а также независимо генерировать образ в процессе воображения. Представления бывают разных форм, в том числе перцептивные (например, визуализация Эйфелевой башни), семантические (например, видение слов «Эйфелева башня» и знание их значения) и множественно-сенсорные (например, чувство голода, которое может возникнуть, потому что во время экскурсии в башне вам хотелось есть).17
Наши воспоминания основаны на соединении различных аспектов этих нейронных паттернов. «Ассоциативные связи» повышают вероятность того, что элементы будут активироваться одновременно в процессе воспроизведения. Представления связаны друг с другом через широкий спектр внутренних нейронных процессов, уникальных для каждого человека. Данные исследований дают основания полагать, что представление опыта может храниться в определенных областях мозга, которые изначально активировались в ответ на этот опыт, – например, в областях восприятия в задней части коры. Процессы кодирования и воспроизведения могут быть опосредованы областями, отличными от тех, которые участвуют в хранении (такими как орбитофронтальная часть префронтальной коры).