3.5.3. Нейрофизиологические механизмы запоминания

  В объективных нейробиологических исследованиях памяти принято разделять вопрос о механизмах памяти на три вопроса, на три проблемы. Первая - как память формируется в мозге? Вторая - как память хранится в мозге на протяжении многих лет? И третья - как память избирательно извлекается, когда это необходимо?
  В конце XIX в. Герман Эббингауз сделал фундаментальное открытие - показал, что процессы запоминания неравномерны и имеют две фазы: первую, кратковременную, где хранится много информации, и вторую, долговременную, где объем информации невелик, но она поддерживается в течение длительного времени. Было также установлено, что, если в момент запоминания и перехода от кратковременной в долговременную память человеку дается новая задача, которую он должен запомнить, то эта новая задача мешает запоминанию старой информации. Очень интересно, что, если эти вторую задачу давать чуть позже, через 15-20 минут, то этого не происходит. Это означает, что в мозге во время запоминания идет очень активный процесс, и он требует максимального количества ресурсов.
  Следующий радикальный шаг был сделан, когда американский психолог Карл Дантон показал, что у всех животных, способных к обучению, начиная от приматов и кончая беспозвоночными, например, виноградными улитками, механизмы запоминания одинаковы. Оказалось, что, у всех животных сразу после приобретения новой информации и до перехода ее в долговременную форму в мозге происходит всплеск экспрессии генов, увеличение синтеза РНК и увеличение синтеза белка.
  В 1980-е гг. были найдены гены - регуляторы развития кодирующего белок (так называемый «транскрипционный фактор»). Как только животное попадает в ситуацию, которая для него нова и он ее запоминает, в мозге происходит резкий выброс этих генов. Специфика этих генов состоит в том, что синтезируемые ими белки не остаются в цитоплазме, а возвращаются назад в ядро нервной клетки и образуют сложные комплексы белков друг с другом, способные влиять на огромное количество участков в геноме этой нервной клетки. Иначе говоря, клетка перестраивает программу своей работы под влиянием ситуации обучения.
  Таким образом, фаза запоминания имеет молекулярные механизмы, и многие из них связаны с процессами, происходящими не между клетками, а внутри клетки, когда сигнал передается от мембраны геному. Формирование памяти проходит как бы две фазы: синтеза белка и экспрессии генов. Первая - сразу после обучения (на стадии кратковременной памяти), тогда активируются так называемые ранние гены. Вслед за этим идет вторая волна активации - после действия продуктов ранних генов на геном (на так называемые поздние гены). Т.е. имеет место каскадный химический процесс. Удалось расшифровать последовательность сигналов от ядра, от мембраны к геному нервной клетки, работающих при обучении. Один из пионеров в этих исследованиях, американский нейробиолог Эрик Кендел, получил Нобелевскую премию за расшифровку этого каскада.
  Оказалось, что при развитии мозга в эмбриональном и детском состоянии и при обучении взрослых мы видим очень сходные молекулярные каскады. Это означает, что каждый эпизод развития очень напоминает эпизод обучения, или, что во взрослом мозге процессы развития никогда не заканчиваются. Каждый акт познания для нас - это маленький эпизод морфогенеза и следующего развития.
  Отсюда понятно различие в действии психотропных и мнемотропных препаратов. Психотропные препараты появились в психиатрии в 1950-х годах и действуют на передачу сигналов между нервными клетками, т. е. регулируют наше восприятие, эмоции, боль, поведение и так далее. С другой стороны, начинают появляться мнемотропные препараты, которые действуют только на процессы хранения. Они не будут иметь побочных эффектов возбуждения, торможения, изменения процессов нашего восприятия или внимания. Но они способны будут модулировать процессы запоминания информации на долгое время.
  Обобщим сказанное. Формирование долговременной памяти основано на активации универсального каскада ранних и поздних генов, ведущей к перестройке обучающегося нейрона, его молекулярного, белкового фенотипа.
  Представляет интерес сравнение потенциальных возможностей интеллекта человека и искусственного интеллекта. Специалисты из ДАРПА, оборонного агентства США, перестали финансировать все исследования по классическим схемам искусственного интеллекта, потому что в условиях решения адаптивных задач биологический мозг превосходит по эффективности лучшие из существующих форм искусственного интеллекта, построенных на классической архитектуре компьютера, в разы - от миллиона до миллиарда раз. Эта колоссальная разница - на 6-9 порядков - не вопрос скорости операций. Это вопрос способности к генерации новых решений в динамически меняющейся среде.
  Будет ли преодолен этот барьер в миллионы и миллиард раз? Несколько групп университетов и компания IBM начали исследование новой архитектуры, где элементы ее одновременно и учатся, и способны вычислять. Такая архитектура уже больше похожа на реальную нервную систему, где нет отдельного хранилища памяти, а отдельно - информационных элементов.
  Кроме того, у искусственного интеллекта есть еще другая сложная проблема. До сих пор у всех систем, создаваемых человеком, начальные условие их поведения вкладываются в них творцом, т.е. система не способна сама генерировать эти начальные условия. У нее не было эволюции. Но и это преодолевается в современных моделях искусственной жизни, где начинают с очень простых нервных сетей, затем дают им развиваться в окружающей среде, решая постепенно адаптивные задачи, и даже сами адаптивные задачи возникают по ходу развития интеллекта. Так что в ближайшие 10-15 лет ожидается существенный прогресс в этих областях.
  В этой связи интересно изучение возможностей ускорения процесса обучения - моментального изучения языков, моментального приобретения навыков и т.п. Обучение у человека и животных - это процесс, который состоит из отдельных повторяющихся актов. В каждом из них приобретается некая единица нового знания. Поэтому освоить язык нельзя одним скачком. Для этого нужны тысячи или десятки тысяч повторений у ребенка, который генерирует новые гипотезы относительно окружающего мира и звуков, которые он воспринимает, пробует их, отбрасывает их, утверждается, строит схему. Перенести результаты такого обучения, которое, кстати, исторично в том смысле, что у каждого ребенка оно проходит по-своему, механически в голову другого человека или даже в искусственный интеллект - это невозможная сегодня задача. Одномоментное обучение новому языку невозможно так же, как одномоментное приобретение опыта пяти лет жизни ребенка.
  Можно ли улучшить эффективность запоминания? Хотя емкость и длительность долговременной памяти в принципе безграничны, фактически сохранение информации в ней и легкость извлечения будут существенно зависеть от таких факторов, как привычность материала, контекст, в котором он запоминается, уровень мотивации субъекта, а также глубина разработки запоминаемого материала. Известные препараты, анонсируемые как «улучша- тели развития памяти», в массе своей являются психотропными, а не мнемо- тропными, они влияют на процессы, связанные с восприятием, вниманием, концентрацией и т.д., т.е. имеют массу побочных эффектов. Чем в более раннем возрасте это происходит, тем более опасным это может оказаться. Только ищутся препараты, которые способны действовать на сигналы, передающиеся уже внутри нервной клетки. Рынок таких веществ пока очень мал, они создаются в основном для лечения нарушений памяти у пожилых людей, но некоторые из них, может быть, будут использоваться в будущем и как когнитивные стимуляторы. В последние годы ведется активная дискуссия об использовании таких когнитропных или мнемотропных препаратов здоровыми людьми.
  Поэтому можно говорить о том, что на сегодня не существует приемов, упражнений или средств для выработки «абстрактно хорошей» памяти; лучший способ усовершенствовать ее - это научиться должным образом организовывать информацию в момент запоминания.