мозок

Що таке пам’ять? Як вона працює? Чому вона погіршується з віком? Чому щось ми пам’ятаємо все життя, а інше забувається за кілька днів? Нещодавно у крафтовому видавництві «Лабораторія» вийшла друком книжка французького нейробіолога Станісласа Деана «Як ми вчимося. Чому мозок навчається краще, ніж машина... Поки що». Пропонуємо ознайомитися з розділом про пам’ять, де автор описує різні її види, пояснює, як змінюється мозок під час навчання та які процеси у ньому відбуваються. Портрет пам’яті Що таке пам’ять? Де в мозку її фізична основа? Більшість дослідників погоджуються, що в цьому питанні варто розмежовувати періоди кодування і зберігання інформації. Приписати пам’ять одному відділу мозку неможливо. Вона розподілена по більшості, а то й усіх мережах нейронів. Почнемо з кодування. Усі відчуття, дії і думки базуються на активності конкретних підрозділів нейронів, у той час як інші не задіяні або навіть пригнічені. Спеціалізація активних клітин, розподілених по різних відділах мозку, визначає зміст наших думок. Скажімо, коли я бачу Трампа в Овальному кабінеті, деякі нейрони у нижній скроневій звивині реагують на його обличчя, у верхній скроневій звивині – на голос, у парагіпокампальній звивині – на інтер’єр кабінету. Ви можете отримати крихту інформації з окремих нейронів, але повноцінне кодування спогаду завжди передбачає співпрацю кількох груп. Коли я зустрічаю на роботі колегу, у згаданих ділянках активуються інші об’єднання, тому я нізащо не сплутаю її з президентом, а її кабінет – з відомим овальним. Різні групи нейронів кодують різні обличчя і місця, але завдяки тісним зв’язкам між останніми зображення Білого дому викликає у пам’яті обличчя Трампа. І навпаки – може статися так, що, зустрівши колегу у спортзалі, я не одразу її впізнаю. Припустимо: після того як я побачив президента в Овальному кабінеті, моя емоційна система вирішує: це важливий досвід, і його варто зберегти в пам’яті. Як буде проходити запис у мозку? Поки він цементує подію, нещодавно збуджені нейрони переживають суттєві фізичні метаморфози. Сила їхніх взаємозв’язків змінюється, а отже, зростає групова підтримка і ймовірність спільної активності в майбутньому. Деякі синапси збільшуються у розмірі чи навіть дублюються. Іноді обрані нейрони відрощують свіжі шипики, терміналі або дендрити. Протягом кількох годин, а то й днів, анатомічні модифікації зумовлюють експресію нових генів. Ці зміни – матеріальна основа навчання, і разом вони формують субстрат пам’яті. Як тільки синаптичний спогад сформовано, нейрони можуть відпочити. У цей період записана безпосередньо у будові нейронної мережі інформація зберігається латентно і не усвідомлюється. Завдяки новоствореним зв’язкам майбутня зустріч із зовнішнім подразником, приміром, світлиною президентського кабінету, запускає ланцюг нейронної активності. Цей каскад відновлює нейронне русло, прокладене в момент формування спогаду, і я вмить впізнаю обличчя Дональда Трампа. Таким чином, оживлюючи спогад, ми завжди реконструюємо його і намагаємося відтворити ланцюг нейронної активності у групах клітин під час попереднього досвіду. Отже, приписати пам’ять одному відділу мозку неможливо. Вона розподілена по більшості, а то й усіх мережах нейронів, що модифікують синапси у відповідь на регулярні патерни активності. Але не всі ділянки відіграють однакову роль. Попри нечітку термінологію, яка продовжує розвиватися, учені розрізняють мінімум чотири види пам’яті. Робоча пам’ять Робоча пам’ять здатна кілька секунд утримувати ментальну репрезентацію в активній формі. Вона постає з бурхливих імпульсів у тім’яній і префронтальній корі, які своєю чергою підтримують діяльність нейронів у периферійних відділах. Робоча пам’ять згодиться, щоб тримати у голові номер телефону. Доки ви набираєте цифри на клавіатурі смартфона, нервові імпульси підсилюють одне одного, тим самим затримуючи інформацію у свідомості. Пам’ять цього типу опирається на безперервну активність мережі, хоча свіжі дослідження зафіксували короткочасні синаптичні зміни, які дозволяють нервовим клітинам трохи відпочити і швидко повернутися у збуджений стан. Хай там як, інформація не затримується у робочій пам’яті довше, ніж на кілька секунд. Тільки-но ми відволікаємося, блок активних нейронів гасне. У буфері мозку зберігається тільки найсвіжіша і найактуальніша інформація. Епізодична пам’ять Глибоко всередині півкуль головного мозку знаходиться гіпокамп, який фіксує плин нашого життя. Нейрони гіпокампа запам’ятовують життєві епізоди разом з контекстом. Вони записують де, коли, як і з ким трапилася ситуація, і за допомогою синаптичних змін зберігають цю інформацію на потім. Показовим є випадок Генрі Молісона. Після хірургічного видалення гіпокампу з обох півкуль мозку чоловік втратив здатність запам’ятовувати. Він жив тільки теперішнім і не міг додати до своєї ментальної біографії жодної нової деталі. Найновіші дослідження наштовхують на думку, що гіпокамп бере участь у всіх видах швидкого навчання. Якщо вивчена інформація унікальна – нехай це незвичайна подія чи цікаве наукове відкриття, – нейрони гіпокампа «вистрілюють» у специфічній послідовності. Семантична пам’ять Спогади не затримуються у гіпокампі назавжди. Уночі мозок ще раз програє їх і переносить у нову локацію кори. Там вони перетворюються у постійні знання. Мозок витягує інформацію з пережитого досвіду, узагальнює її і додає у величезну бібліотеку відомостей про світ. Через кілька днів ми пам’ятаємо ім’я президента, але не маємо гадки, де і коли почули його вперше. Отже, відбувся перехід епізодичної пам’яті у семантичну. Одинична ситуація трансформується у довговічні знання, а відповідний нейронний код переноситься з гіпокампа у кіркові мережі. Процедурна пам’ять Коли ми багато разів повторюємо дію (зав’язуємо шнурівки, розповідаємо вірш, рахуємо, жонглюємо, граємо на скрипці, їдемо на велосипеді...), кіркові й підкіркові мережі модифікуються, щоб краще передавати інформацію. Нейронні імпульси стають ефективніші, вдало відтворюються, скорочують паразитичну активність – і зрештою працюють чітко, як годинник. Процедурна пам’ять – це стиснені несвідомі записи патернів повсякденної діяльності. Гіпокамп не має до них стосунку, тому що постійна практика направляє спогад на зберігання у комплекс підкіркових нейронних мереж, що називається базальні ядра. Тепер зрозуміло, чому Генрі Молісон не міг створювати усвідомлені, епізодичні спогади, для яких потрібен гіпокамп, але освоював нові процедури. Учені навіть навчили його дзеркального письма. Але Генрі не пам’ятав десятки попередніх тренувань, і кожного разу щиро дивувався, як легко дається абсолютно нове завдання! *** Таким чином тривале навчання буквально змінює анатомію мозку. Найновіші технології – особливо двофотонні лазерні мікроскопи на основі революційних досягнень квантової фізики – дозволяють побачити, що з кожним навчальним епізодом синапси брунькуються, як весняні дерева. Результати змін нейронних відростків накопичуються: коли рахунок іде на міліметри, їх вже помітно на МРТ. Гра на музичному інструменті, читання, жонглерство, таксування у мегаполісі – опанування будь-якого із занять веде до явного збільшення товщини і сили зв’язків кортикальних ділянок. Енергійно використовуючи магістралі мозку, ми розвиваємо їх. У книжці «Як ми вчимося. Чому мозок навчається краще, ніж машина… Поки що» можна детальніше прочитати про таємниці роботи мозку, процес навчання у дитячому і дорослому віці, пам’ять та чинники, які впливають на ефективність навчання. Окрім цього, автор порівнює наш найскладніший орган із передовими технологіями й доводить, що машини ще не скоро наздоженуть мозок і нам можна не боятися, що штучний інтелект захопить світ.

мозок

Робочі задачі забуваємо за хвилину, якщо їх не записати. Як працює наша пам’ять і як її покращити