Более 100 лет изучения памяти можно разделить на четыре основных
этапа. И если на первом из них ученые запоминали не имеющие смысла
слоги и исподтишка кололи пациентов булавкой, то сейчас активируют
нейроны с помощью света. Вместе с нейрофизиологом Ольгой Сварник мы
составилиэкскурс в историю изучения памяти и дали аккуратный
прогноз, как будет развиваться это направление в ближайшие
годы.Первый шаг: поведенческий уровеньСколько-нибудь серьезное
изучение памяти начинается в конце XIX века, когда ученые
исследовали этот феномен на уровне поведения. В качестве первого
специалиста принято вспоминать немецкого психолога Германа
Эббингауза, который хотел посмотреть работучистой памяти. Для этого
он использовал бессмысленные слоги, состоящие из двух согласных и
гласной между ними,такие как бов, гис, лоч.
Затем ученый пытался запоминать слоги, которые не имеют смысла,
чтобы памяти не было за что зацепиться. Эббингауз выяснил
следующее:большую часть слогов забывает сразу, но если что-то
остается, то он помнит эту бессмыслицу в течение длительного срока.
Результаты своих экспериментов психолог изложил в книге О памяти,
вышедшей в 1885 году, аего ключевое достижение кривая забывания:
через час человек забывает до 60% полученной информации, через 10
часов помнит лишь 35%, а через месяц в памяти остается 20%
выученных слогов.
Далее была серия исследований Георга Мюллера и его ученика Альфонса
Пильцекера, опубликованная в 1900 году. Немецкие психологи
вдохновились работами Германа Эббинггауза и использовали его
бессмысленные слоги в собственных исследованиях. Ученые хотели
доказать, что воспоминания не формируются мгновенно во время
обучения и памяти требуется время, чтобы закрепить полученные
данные.На основе 40 экспериментов, проведенных между 1892 и 1900
годами, психологи ввели такое понятие, как консолидацияпамяти,
когда данные перемещаютсяиз кратковременной памяти в
долговременную. По их данным, этот процесс занимает не менее 10
минут, а дополнительная умственная деятельность в это время снижает
качество запоминания. Следовательно, сделали вывод ученые, память
формируется [1] не только во время, но и сразу после окончания
обучения чтобы перейти в стабильное состояние, ей необходимо
утвердитьсяили консолидироваться.Примерно в те же годы стали
популярны эксперименты швейцарского психолога Эдуарда Клапареда. В
1911 году он незаметно колол иголкой руки своей пациентке,
страдавшей расстройством кратковременной памяти. Через несколько
дней больная перестала подавать Клапареду руку, при этом она не
помнила, что они были знакомы с ученым или здоровались.В 1932 году
свет увидела книга Воспоминание. Ее автор, британский профессор
психологии Фредерик Бартлетт, утверждал, что одна из причин
забывания информации это постоянное обновление данных. В качестве
эксперимента он просил своих студентов запомнить небольшой текст
или необычный рисунок, а затем в течение некоторого времени
ежедневно просил их воспроизвести первоначальное произведение. И
если испытуемые ежедневно проделывали это, то уже через несколько
недель их рассказ или рисунок был совершенно непохож на оригинал. В
1990-е годы этот процесс назвали реконсолидациейпамяти:важно не
сколько времени прошло, асколько раз человек мысленно обратился к
воспоминанию, ичем больше было таких обращений, тем
нижевероятность, что воспоминание соответствует объективной
реальности.Второй шаг: грубое изучение мозгаПоведенческие
исследования памяти не были направлены на изучение процессов в
мозге, однако параллельно другие ученые сосредоточились именно на
этом органе. Тогда же два физиолога,российский и американский,
создали своего рода полярные школы: от абсолютно узкого
локализационизма, когда, по мнению ученого, конкретная память
хранится в конкретном месте, до противоположного понимания, что
якобы отдельный участок коры головного мозга ни за что не
отвечает.Одним из первых был российский физиолог Иван Павлов,
предложивший в начале ХХ века метод изучения условных рефлексов,
благодаря которому удалось проследить основные физиологические
механизмы образования и закрепления новых связей в памяти
подопытных животных. Ученые до известных экспериментов Павлова на
собакахне связывали в единую систему слуховой центр и центр,
запускающий слюноотделение. Российский физиолог первым пришел к
идее центров и к тому, что есть пути передачи информации,
связывающие эти центры.Практически параллельно американец Карл
Лешли проводил свои эксперименты, после которых пришел к выводу,
что кора головного мозга эквипотенциальна, то есть равноценна, в
выработке навыков и решении интеллектуальных задач. Психолог ставил
эксперименты на крысах и обнаружил, что если вынуть у них кусок
мозга, то животные могут продолжать нормально функционировать.
Лешлипришел к выводу, что все части коры равны и никаких
специальных мест, где локализуется конкретная память, не
существует.Истина, как это часто бывает, оказалась где-то
посередине. В 1934 году немецкий психолог Карл Клейст опубликовал
так называемые карты мозга: осмотрев огромное количество ранений,
полученных участниками Первой мировой войны, психолог разметил кору
больших полушарий по различным функциям. Среди участков были такие,
как схема тела, понимание фраз, конструктивные действияили
настроение.
В дальнейшем эти идеи развивал советский психолог Александр Лурия,
изучавший ранения, полученные во время Второй мировой войны. На
основе собранных данных он сформулировал мысль [2], что: высшие
психические функции как сложные функциональные системы не могут
быть локализованы в узких зонах мозговой коры или в изолированных
клеточных группах, а должны охватывать сложные системы совместно
работающих зон. По мнению ученого, каждая из этих зон вносит свой
вклад в сложные психические процессы, при этом зоны могут
располагаться в разных участках мозга, порой находящихся далеко
друг от друга.Третий шаг: нейронная эраАлександр Лурия, Иван
Павлов, Карл Клейст все ученые из предыдущего блока изучали мозг по
одинаковому принципу: попытка понять, где хранится в мозге та или
иная информация, а затем с помощью разрушения тех или иных частей
посмотреть, какие центры за что отвечают. Когда появилась
возможность имплантировать электроды в мозг человека или животного
и следить за отдельными нейронами, психологи и нейрохирурги стали
работать гораздо тоньше.Одним из первопроходцев нового подхода
принято считать канадца Уайлдера Пенфилда. Пенфилд ставил свои
опыты в 1950-х годах: имплантировал электроды в мозг пациентам во
время операций, стимулировал различные нейроны и наблюдал за
реакцией например, если от слабого электрического импульса
двигались пальцы или дергался глаз. В результате своих опытов
нейрохирург составил гомункулус, своего рода карту, на которой
части тела пропорциональны зонам мозга.В начале 1960-х годов
американский биохимик Луис Флекснер выяснил, что препараты,
подавляющие синтез белков в мозге, нарушают работу долговременной
памяти, но практически никак не сказываются на кратковременной. Он
вместе с коллегами вводил крысам вещества, ингибирующие синтез
белков, после чего у грызунов перестали формироваться воспоминания.
Флекснер пришел к выводу, что если мы хотим сохранить
долговременную память, необходимо, чтобы мозг синтезировал белки.В
1960-х годах, появилась возможность регистрировать нейроны животных
и в 1976 году американец Джон ОКиф опубликовал свою работу [3], в
которой электрод был помещен в гиппокамп крысы. Ученый располагал в
лабиринте игрушечного крокодильчика, затем запускал туда крысу и
регистрировал активность нейронов. Так ОКиф отследил нейрон,
который активировался только при виде крокодильчика. По словам
ученого эти результаты можно интерпретировать, как подтверждение
его же теории о том, что гиппокамп отвечает за когнитивные функции.
Помимо этого невролог доказал, что существуют нейроны места, то
есть животные всё пространство по смыслу делят на разные места. В
2014 году Джон ОКиф получил Нобелевскую премию по медицине.В целом
1970-е годы можно считать расцветом нейронной эры. Техническая
возможность регистрировать нейронную активность в процессе
свободного поведения позволило наблюдать за специализациями
нейронов в реальном времени. Но на подходе уже были новые методы,
которые развивали идеи Флекснера использование биохимии.Четвертый
шаг: биохимические исследованияДальше тоньше, в 1980-е годы ученые
взялись за биохимические исследования, благодаря которым они стали
понимать, какие изменения происходят внутри нейронов. Например, с
помощью радиоактивной глюкозы выяснили, что мозг потребляет много
глюкозы, когда что-то запоминает.
Как уже было сказано, синтез белков и матричной РНК необходимое
условие формирования памяти. А в конце 1980-х годов практически
одновременно в нескольких точках возникло понимание, что нейроны
меняют экспрессию своих генов, когда обучаются чему-то. То есть в
сложившейся нейронной сети животного, обучавшегося новому знанию,
нейроны меняют активность и запускают синтез новых белков. Если с
помощью ранних генов, таких как c-Fos, нейрон сделал белок FOS,
значит этот нейрон только что сформировал новую память.Интересный
момент про ранние гены Fos c-fos изменение экспрессии генов в
нейронах при формировании памяти активнее всего идет в течение
первого часа. Через полчаса после обучения появляется первый белок
и затем полтора часа идет максимум белкового синтеза. Кстати, один
из ключевых российских специалистов по вопросам памяти Константин
Анохин в 1992 году защитил докторскую диссертацию [4] по теме
Ранние гены в механизмах обучения и памяти.Наше время: развитие
имеющихся подходовВ ХХI веке ученые последовательно развивают три
из четырех имеющихся направлений изучения памяти. Поведенческий
уровень в 1997 году обзавелся тем самым термином реконсолидации,
развивая наработки Бартлетта 1930-х годов. Ученые выяснили, что
каждый раз, когда память возвращает к жизни определенные
воспоминания, нейронная группа входит в нестабильное состояние,
активируется производство белка и это воспоминание
перезаписывается. И психологи пришли к выводу, что что стереть
давно сложившуюся память можно с помощью определенного блокатора
синтеза белков.Нейронный подход также продолжают развивать до сих
пор. Например, британские ученые выяснили, что овцы могут менять
специализацию нейронов относительно собственного ягненка. Если у
овцы никогда не было ягнят, они смотрят, максимум нейронов в ее
мозге связано с запахами еды. Но после рождения ягненка большая
часть нейронов перепрофилируются и теперь в активном состоянии
находятся те, что связаны с запахом собственного ягненка. То есть
память может формировать нейронную специализацию в зависимости от
ситуации.В2005 году в этом направлении появился такой подход [5],
как оптогенетика генетический метод активации или ингибирования
отдельных нейронов с помощью света. Например, нейроны могут быть
активированы с помощью синего света. Этот метод позволяет ученым
контролировать активность различных типов клеток с высокой
точностью.Оптогенетика дала мощный стимул современному изучению
памяти всю вторую половину нулевых и начало десятых годов большая
часть научных специалистов, занимавшихся этим вопросом,
использовали оптогенетику. Освещая мозг, можно вызывать к жизни
активность именно той нейронной группы, которая связана с
определенным видом памяти, то есть вызывать к жизни ту память или
воспоминание, которое сейчас необходимо. И это последний штрих
того, что сейчас ученые делают с человеческой памятью.Что читать и
смотреть по теме:Yadin Dudai.Memory from A to Z: Keywords,
Concepts, and Beyond.Oxford University Press, 2004Роуз
Стивен.Устройство памяти. От молекул к сознанию. Издательство Мир,
1995Видеокурс Сознание и мозг: Последний рубеж, Константин
АнохинВиодеолекции Константина Анохина