Как мы учимся. Почему мозг учится лучше, чем любая машина… пока - Станислас Деан

Как только синаптическая память сформирована, нейроны могут отдохнуть: память остается спящей, бессознательной, но вписанной в саму анатомию моих нейронных сетей. В будущем благодаря этим связям одной внешней подсказки (скажем, фотографии президентского кабинета) будет достаточно, чтобы вызвать каскад нейронной активности в исходной сети. Этот каскад восстановит паттерн нейронных разрядов, подобный тому, который имел место в момент формирования воспоминания, и в конечном счете позволит мне узнать лицо Дональда Трампа. Согласно этой теории, каждое восстановленное воспоминание есть реконструкция; припоминание – это попытка воспроизвести первоначальный паттерн нейронного возбуждения в тех же самых группах нейронов.

Таким образом, память нельзя отнести к некой одной области мозга – она распределена по многим, если не по всем, нейронным сетям, ибо каждая из них способна изменять свои синапсы в ответ на частые паттерны нейронной активности. Однако не все нейронные системы играют одинаковую роль. Несмотря на отсутствие единой и внятной терминологии, на сегодняшний день исследователи различают по крайней мере четыре вида памяти.

● Рабочая память: она хранит ментальные репрезентации в активной форме в течение нескольких секунд. Она существует главным образом за счет дружного срабатывания многих нейронов в теменной и префронтальной коре, поддерживающих нейроны в других, периферийных областях106. Именно рабочая память позволяет нам помнить номер телефона, пока мы вводим его в смартфон: определенные нейроны поддерживают друг друга и таким образом сохраняют информацию в активном состоянии. Этот тип памяти преимущественно основан на поддержании устойчивого паттерна активности; впрочем, недавно было обнаружено, что он, вероятно, включает в себя и кратковременные синаптические изменения107, позволяющие нейронам ненадолго засыпать и быстро возвращаться в активное состояние. Как бы то ни было, рабочая память ограничена секундами: как только мы отвлекаемся на что-то другое, ансамбль активных нейронов распадается. Рабочая память – буфер мозга, предназначенный для хранения только самой актуальной, самой свежей информации.

● Эпизодическая память: гиппокамп – структура, расположенная в глубинах полушарий головного мозга под корой, – записывает события повседневной жизни. Нейроны гиппокампа, по-видимому, запоминают контекст каждого эпизода: они кодируют, где, когда, как и с кем все произошло. Сохранение событий осуществляется посредством синаптических изменений, благодаря которым мы можем вспомнить их позже. Знаменитый пациент Г. М.[22], чьи гиппокампы в обоих полушариях были удалены в ходе хирургической операции, навсегда утратил способность запоминать: он жил в вечном настоящем, не имея возможности добавить ни единого нового воспоминания к своей ментальной биографии. Последние данные свидетельствуют о том, что гиппокамп задействован во всех видах быстрого научения. Если усвоенная информация уникальна, будь то некое событие или интересное открытие, нейроны гиппокампа приписывают ему определенную последовательность возбуждения108.

● Семантическая память: воспоминания не остаются в гиппокампе навсегда. Ночью наш мозг воспроизводит их и перемещает в новое место в коре. Там они трансформируются в постоянное знание: мозг извлекает информацию из приобретенного опыта, обобщает ее и интегрирует в обширную библиотеку знаний о мире. Спустя несколько дней мы все еще помним имя президента, но не помним, где и когда мы впервые его услышали: из эпизодического воспоминание перешло в разряд семантического. То, что изначально было всего лишь единичным эпизодом, трансформировалось в стойкое знание, а его нейронный код переместился из гиппокампа в соответствующие корковые сети109.

● Процедурная память: когда мы повторяем одно и то же действие снова и снова (завязываем шнурки, читаем стихотворение наизусть, считаем, жонглируем, играем на скрипке, катаемся на велосипеде), корковые и подкорковые нейроны подвергаются модификациям с тем, чтобы в будущем передавать информацию быстрее и эффективнее. В итоге паттерн нейронного возбуждения, лишенный любой пассивной активности, воспроизводится с точностью часового механизма. Это процедурная память – компактная, бессознательная запись нейронной активности, ассоциированной с привычными видами деятельности. В процедурной памяти гиппокамп не участвует: за счет регулярной практики воспоминания сохраняются в имплицитном пространстве памяти, в первую очередь включающем особые подкорковые структуры – базальные ганглии. Вот почему пациент Г. М. даже в отсутствие сознательной, эпизодической памяти, опосредованной гиппокампом, по-прежнему мог приобретать новые навыки. Исследователи даже научили его писать задом наперед, глядя на свою руку в зеркале. Поскольку Г. М. не помнил, как долго он тренировал этот навык раньше, он был просто ошеломлен, увидев, как хорошо давалось ему это новое «искусство»!

Сюжет незабываемого фильма «Вечное сияние чистого разума» (2004) французского режиссера Мишеля Гондри построен вокруг компании, которая специализируется на выборочном стирании воспоминаний. И правда, разве плохо, если бы мы могли каким-то образом удалять воспоминания, отравляющие нашу жизнь, – например, вызывающие посттравматический стресс у участников боевых действий? Или, наоборот, рисовать иллюзорные полотна ложных воспоминаний?

Нейробиологи так хорошо изучили нейронные сети, задействованные в памяти, что идея Мишеля Гондри, на самом деле, не такая уж фантастическая. Обе манипуляции уже были проведены на мышах командой другого лауреата Нобелевской премии, профессора Судзуми Тонегавы. Сначала ученые запускали мышь в комнату, где она получала несколько слабых ударов электрическим током. Позже животное старательно избегало этого помещения; это означало, что данный неприятный эпизод был запечатлен в его памяти. Коллегам Тонегавы удалось даже визуализировать этот процесс. Используя сложный двухфотонный микроскоп, они смогли отследить, какие нейроны были активны в каждый момент времени. Как выяснилось, комната А, которая ассоциировалась с ударами током, и комната Б, где не происходило ничего плохого, вызывали активность в разных группах нейронов гиппокампа.

Затем исследователи решили проверить, можно ли изменить эти эпизодические воспоминания. Пока мышь физически находилась в комнате А, ученые снова подвергли ее воздействию слабых электрических разрядов, но на этот раз искусственно активировали популяцию нейронов, кодирующих комнату Б. Это искусственное обусловливание дало удивительный эффект: позже, когда мышь вернулась в комнату Б, она испугалась и замерла. Плохое воспоминание теперь было связано с комнатой Б, где ничего неприятного не случалось110. Иными словами, реактивации значимой группы нейронов было достаточно, чтобы пробудить воспоминание и связать его с новой информацией.

После этого команда Тонегавы превратила плохое воспоминание в хорошее. Можно ли стереть травматическое воспоминание? Да. Реактивируя нейроны, кодирующие комнату Б, в присутствии особей противоположного пола (беспроигрышный вариант), исследователи успешно стерли ассоциацию с ударами электрическим током. Теперь мыши отнюдь не избегали проклятой комнаты Б – напротив, они принимались лихорадочно исследовать ее, как будто искали половых партнеров111.