отдел мозга отвечающий за воспоминания
Зоны мозга, отвечающие за память
Какая часть головы отвечает за память? Существует ли какой-то особенный отдел мозга, который хранит воспоминания? Какой участок головного мозга можно тренировать для того, чтобы мгновенно вызывать в памяти важную информацию? Давайте разбираться!
Человеческая память изучается на протяжении веков. Еще Рене Декарт задавался вопросами тех или иных возможностей человеческого мозга. Иван Петрович Павлов изучал сигнальную систему головного мозга. В последнее время в психологии, психофизиологии, нейробиологии становится все больше открытий. Изучение человеческого мозга захватывает умы величайших ученых современности.
Если спросить обычного человека о том, где хранятся его воспоминания, то, скорее всего, он ответит, что где-то в голове. Однако, на деле все обстоит несколько иначе. За последние несколько десятков лет ученые нашли зоны мозга, которые отвечают за аппетит, узнали, что улучшить познавательные функции мозга действительно возможно, что отдельные зоны головного мозга отвечают за моральный контроль и циклы сна и бодрствования. Но сегодня еще нельзя сказать однозначно, что в каком-то из полушарий головного мозга был найден участок, который со 100% долей вероятности отвечает за память. Несмотря на то, что на данный момент развитие науки идет семимильными шагами, центр воспоминаний в мозге найти пока не удалось.
В конце 19-века ряд ученых изучали высшие психические функции. В то время в этой области была совершена масса открытий. Чуть позже, в результате многих исследований, европейские ученые обнаружили, что пациенты могут терять некоторые психологические функции при поражении тех или иных участков головного мозга. В зависимости от повреждений, такие люди теряли способность мыслить логически, понимать речь на слух, строить связные предложения. В то же время и появилась технология лоботомии, которая некоторый период времени применялась для лечения агрессии и неврозов. Однако, спустя некоторое время, такой метод был признан варварским и более не применялся.
Спустя несколько десятилетий затишья, в конце двадцатого века ученых ждал огромный прорыв. Был изобретен метод магнитно-резонансной томографии. Именно он позволил ученым и врачам без каких-либо ограничений наблюдать за динамикой активности отдельных участков головного мозга. Именно благодаря исследованиям, полученным через томограф, исследователи нашли зоны мозга, которые связаны с восприятием собственного “я”, способностью распознавать эмоции других людей. Кроме того, учеными были открыты зоны, которые отвечают за авантюризм, тягу к приключениям, любопытство и т.д.
Примерно в одно время с этим были открыты центры мозга, отвечающие за базовые потребности и эмоции человека, такие как страх, агрессия, аппетит, оптимизм и пр. Однако, несмотря на все масштабные открытия и исследования, участки мозга человека, которые открывают тайну хранения памяти, так и не были обнаружены.
Однако эксперименты и исследования на эту тему продолжают приносить свои плоды.
Не так давно исследователь Карл Лэшли, который всю свою жизнь посвятил работе над открытиями в области нейробиологии, провел интересный эксперимент над крысами. Подопытных животных учили элементарным трюкам. После удаления половины мозга крысы, несмотря на то, что некоторые из них теряли рядовые способности, сохраняли в памяти то, чему их научили ранее.
Еще одна загадка, связанная с особенностями памяти, связана и с обновлением мозга. Если сравнивать человеческий мозг и мощный компьютер, то жесткий диск в нем статичен. Без постороннего вмешательства он не обновляется. В отличие от человеческого мозга, в котором регулярно происходит ряд химических процессов и создаются новые нейронные связи. Однако, несмотря на то, что мозг регулярно обновляется, многие из нас на протяжении всей жизни продолжают помнить события, которые произошли с нами в глубоком детстве. Многие психологи связывают память и эмоциональные потрясения. Чем сильнее эмоции, тем сильнее врезаются в память, связанные с ними, события, в каком бы возрасте они бы ни произошли.
Автор многочисленных научных работ в области исследований особенности работы мозга, Руперт Шелдрейк, выдвинул интересную гипотезу. Воспоминания человека находятся в измерении, которое недоступно для наблюдения ученых. Ученый считает, что мозг представляет собой не столько компьютер, основной задачей которого является хранение информации, сколько «телевизор», который преобразует в память события извне.
Представление большинства ученых о памяти имеет тесную связь с линейным представлением о времени. Если сравнить память человека с кинопленкой, то только сам человек воспринимает кадры как минувшие и настоящие, на самом же деле — они всегда существуют в одном и том же времени. Быть может, линейное восприятие времени и мешает нам правильно взглянуть на загадку человеческой памяти?
Реальность многогранна, однако мы видим ее через призму нашего собственного восприятия.
Механизмы и принципы работы памяти головного мозга человека
Поводом написания данной статьи послужила публикация материала американских неврологов на тему измерения емкости памяти головного мозга человека, и представленная на GeekTimes днем ранее.
В подготовленном материале постараюсь объяснить механизмы, особенности, функциональность, структурные взаимодействия и особенности в работе памяти. Так же, почему нельзя проводить аналогии с компьютерами в работе мозга и вести исчисления в единицах измерения машинного языка. В статье используются материалы взятые из трудов людей, посвятившим жизнь не легкому труду в изучении цитоархитектоники и морфогенетике, подтвержденный на практике и имеющие результаты в доказательной медицине. В частности используются данные Савельева С.В. учёного, эволюциониста, палеоневролога, доктора биологических наук, профессора, заведующего лабораторией развития нервной системы Института морфологии человека РАН.
Прежде, чем преступить к рассмотрению вопроса и проблемы в целом, мы сформулируем базовые представления о мозге и сделаем ряд пояснений, позволяющих в полной мере оценить представленную точку зрения.
Первое что вы должны знать: мозг человека — самый изменчивый орган, он различается у мужчин и женщин, расовому признаку и этническим группам, изменчивость носит как количественный (масса мозга) так и качественный (организация борозд и извилин) характер, в различных вариациях эта разница оказывается более чем двукратной.
Второе: мозг самый энергозатратный орган в человеческом организме. При весе 1/50 от массы тела он потребляет 9% энергии всего организма в спокойном состоянии, например, когда вы лежите на диване и 25% энергии всего организма, когда вы активно начинаете думать, огромные затраты.
Третье: в силу большой энергозатраты мозг хитер и избирателен, любой энергозависимый процесс невыгоден организму, это значит, что без крайней биологической необходимости такой процесс поддерживаться не будет и мозг любыми способами старается экономить ресурсы организма.
Вот, пожалуй, три основных момента из далеко не полного списка особенностей мозга, которые понадобится при анализе механизмов и процессов памяти человека.
Что же такое память? Память – это функция нервных клеток. У памяти нет отдельной, пассивной эноргонезатратной локализации, что является излюбленной темой физиологов и психологов, сторонников идеи нематериальных форм памяти, что опровергается печальным опытом клинической смерти, когда мозг перестает получать необходимое кровоснабжение и примерно через 6 минут после клинической смерти начинаются необратимые процессы и безвозвратно исчезают воспоминания. Если бы у памяти был энергонезависимый источник она могла бы восстановиться, но этого не происходит, что означает динамичность памяти и постоянные энергозатраты на ее поддержание.
Важно знать, что нейроны, определяющие память человека, находятся преимущественно в неокортоксе. Неокортекс содержит порядка 11млрд. нейронов и в разы больше глии. (Глия – тип клеток нервной системы. Глия является средой для нейронов глиальные клетки служат опорным и защитным аппаратом для нейронов. Метаболизм глиальных клеток тесно связан с метаболизмом нейронов, которые они окружают.
Глии, связи нейронов:
Хорошо известно, что в памяти информация хранится разное время, существуют такие понятия как долговременная и кратковременная память. События и явления быстро забываются, если не обновляются и не повторяются, что очередное подтверждение динамичности памяти. Информация определенным образом удерживается, но в отсутствии востребованности исчезает.
Как говорилось ранее, память – энергозависимый процесс. Нет энергии – нет памяти. Следствием энергозависимости памяти является нестабильность ее содержательной части. Воспоминания о прошедших событиях фальсифицируются во времени вплоть до полной неадекватности. Счета времени у памяти нет, но его заменяет скорость забывания. Память о любом событии уменьшается обратно пропорционально времени. Через час забывается ½ от всего попавшего в память, через сутки – 2/3, через месяц – 4/5.
Рассмотрим принципы работы памяти, исходя из биологической целесообразности результатов ее работы. Физические компоненты памяти состоят из нервных путей, объединяющих одну или несколько клеток. В них входят зоны градуального и активного проведения сигналов, различные системы синапсов и тел нейронов. Представим себе событие или явление. Человек столкнулся с новой, но достаточно важной ситуацией. Через определенные сенсорные связи и органы чувств человек получил различную информацию, анализ события завершился принятием решения. При этом человек доволен результатом. В нервной системе осталось остаточное возбуждение – движение сигналов по сетям, которые использовались при решении проблемы. Это так называемые «старые цепи» существовавшие до ситуации с необходимостью запоминать информацию. Поддержания циркуляции разных информационных сигналов в рамках одной структурной цепи крайне энергозатратно. Потому сохранение в пямяти новой информации обычно затруднительно. Во время повторов или схожих ситуациях могут образоваться новые синаптические связи между клетками и тогда полученная информация запомнится на долго. Таким образом, запоминание – это сохранение остаточной активности нейронов участка мозга.
Память мозга – вынужденная компенсаторная реакция нервной системы. Любая информация переходит во временное хранение. Поддержка стабильности кратковременной памяти и восприятия сигналов от внешнего энергетически крайне затратна, к тем же клеткам приходят новые возбуждающие сигналы и, накапливаются ошибки передачи и происходит перерасход энергетических ресурсов. Однако ситуация не так плоха, как выглядит. Нервная система обладает долговременной памятью. Зачастую она так трансформирует реальность, что делает исходные объекты неузнаваемыми. Степень модификации хранимого в памяти объекта зависит от времени хранения. Память сохраняет воспоминания, но изменяет их так, как хочется обладателю. В основе долговременной памяти лежат простые и случайные процессы. Дело в том, что нейроны всю жизнь формируют и разрушают свои связи. Синапсы постоянно образуются и исчезают. Довольно приблизительные данные говорят о том, что этот процесс спонтанного образования одного нейронного синапса может происходить у млекопитающих примерно 3-4 раза в 2-5 дней. Несколько реже происходит ветвление коллатералей, содержащих сотни различных синапсов. Новая полисинаптическая коллатераль формируется за 40-45 дней. Поскольку эти процессы происходят в каждом нейроне, вполне можно оценить ежедневную емкость долговременной памяти для любого из животных. Можно ожидать, что в коре мозга человека ежедневно будет образовываться около 800 млн. новых связей между клетками и примерно столько же будет разрушено. Долговременным запоминанием является включение в новообразованную сеть участков с совершенно не использованными, новообразованными контактами между клетками. Чем больше новых синаптических контактов участвует в сети первичной (кратковременной) памяти, тем больше у этой сети шансов сохраниться надолго.
Запоминание и забывание информации. Кратковременная память образуется на основании уже имеющихся связей. Её появление обозначено оранжевыми стрелками на фрагменте б. По одним и тем же путям циркулируют сигналы, содержащие как старую (фиолетовые стрелки), так и новую (оранжевые стрелки) информацию. Это приводит к крайне затратному и кратковременному хранению новой информации на базе старых связей. Если она не важна, то энергетические затраты на её поддержание снижаются и происходит забывание. При хранении «кратковременной», но ставшей нужной информации образуются новые физические связи между клетками по фрагментам а-б-в. Это приводит к долговременному запоминанию на основании использования вновь возникших связей (жёлтые стрелки). Если информация долго остаётся невостребованной, то она вытесняется другой информацией. При этом связи могут прерываться и происходит забывание по фрагментам в-б-а или в-a (голубые стрелки).»
Из выше сказанного ясно, что мозг динамическая структура, постоянно перестраивается и имеет определенные физиологические пределы, так же мозг чрезмерно энергозатратный орган. Мозг не физиологичен, а морфогенетичен, потому его активности некорректно и неправильно измерять в системах, используемых и применимых в информационных технологиях. Из за индивидуальной изменчивости мозга не представляется возможным делать какие либо выводы обобщающие различные функциональные показатели мозга человека. Математические методы так же не применимы в расчете структурного взаимодействия в работе мозга человека, из за постоянного изменения, взаимодействия и перестраивания нервных клеток и связей между ними, что в свою очередь доводит до абсурда работу американских ученых в исследовании емкости памяти головного мозга человека.
Где хранятся элементы воспоминаний в мозге?
Ученые из медицинского центра Университета Рочестерапровели исследование, в котором с помощью МР-сканирования определяли активность зон мозга, отвечающих за индивидуальные различия наших эпизодических воспоминаний. Им удалось обнаружить ряд областей, играющих ключевую роль в формировании нашей индивидуальной и неповторимой эпизодической памяти, чему посвящена статья в журнале Nature Communications.
Что из себя представляет наше воспоминание?
По сути, это некая сумма частей, которые хранятся отдельно друг от друга. Воспоминание состоит из памяти места («я в университете»), памяти на людей (“вместе с одногруппниками”), на их слова (“обсуждал мозг”), на эмоции (“восхищаясь происходящим”), объекты, время (“5 лет назад”). Все в сумме дарит нам неповторимость нашей индивидуальной памяти. Каждая частичка нашей памяти – словно реквизит, который требуется для реализации сценария нашей жизни.
Если смотреть на память с такого угла, то кажется, что вполне возможно “прочесть” воспоминание по активности мозга. Память места – это одна зона мозга, память на человеческие лица – другая. И так далее. Если найти для каждого слагаемого нашей памяти свою зону, то можно по суммарной карте активности нейронов предположить, о чем думает человек. Футуристическая задача. Но приблизиться к ее реализации все же можно попробовать.
Наша предыдущая новость рассказывала про исследования эпизодической памяти. Мы упомянули, что паттерн активности нейронов при запоминании и при воспроизведении чем-то схож.
Проверить такую догадку решили ученые из Рочестерского университета в США. Они руководствовались данными, что разные типы событий в нашей памяти можно угадать исходя из активности нескольких разных зон мозга: например, моторная память так или иначе задействует моторную кору, эмоциональная память – лимбическую систему. Однако при этом остается вопрос, как отличить активность мозга, отражающую индивидуальный опыт человека: компонент памяти (яблоко), его характеристики (зеленое), наше отношению к нему (люблю), интерпретацию (съесть).
Ученые предположили, что если попросить людей представить какое-то стандартное событие из их жизни (например, танец), которое, скорее всего, в той или иной форме случалось в жизни любого человека, то можно будет наблюдать одинаковый паттерн активности мозга в МРТ-сканере, но с некоторыми различиями, объясняемыми индивидуальным опытом. Изучив описание таких событий, можно предположить, что отличающиеся детали в рассказе будут обуславливать различия в активности мозга.
Чтобы проверить свою гипотезу, ученые набрали 26 человек, которым предлагали прослушать 20 различных стандартных событий (чтение, танец, свадьба, посещение ресторана и так далее). При этом события имели некоторые различия: кто-то видел, как танцуют другие люди, кто-то сам активно танцевал. Задачей участников было максимально детально представить описываемую сцену. Затем ученые предлагали участникам дать краткое письменное описание представляемой сцене.
Схема эксперимента. Credit: Anderson, A. J. et al. / Nature Communications 2020
Ученые также просили участников ответить на несколько вопросов о представляемом событии. Благодаря им они могли разложить воспоминания на мелкие детали. К примеру, вопрос мог быть следующим: “Оцените, насколько ваше представление события в ресторане включало в себя голоса людей”. Каждое событие оценивали по 20 перцептивным параметрам (эмоциональный параметр, пространственный, познавательный и так далее): освещению, цвету, движению, прикосновению, звуку, музыке, речи, вкусу, пейзажу, коммуникации, удовольствию и прочим деталям.
Оба описания (вербальное и перцептивное) объединялись в единую модель, которая описывала конкретное событие. На рисунке вы можете видеть, как на втором этапе данные перцептивного опроса превращались в вектор, что далее осуществлялось и с вербальным описанием события. На базе этих оценок получалась интегрированная лингвистическая модель воспоминания – своеобразная “текстовая карта” (где каждое слово – контекстный вектор, а их совокупность образует словесное векторное пространство).
Затем всех участников помещали в МРТ-сканер. Находясь в сканере, участники должны были представить себе событие, который ученые просили вспомнить (“танец”). Это позволило ученым получить вербальную и перцептивную информацию, а также данные МРТ для 20 “конкретных” событий.
Ученые для каждого события использовали усредненные данные модели и сравнивали их с индивидуальными данными каждого участника. Им удалось найти сеть из восьми зон мозга, которые активировались при воспроизведении событий: левую и правую медиальную теменную кору, левую нижнюю теменную кору, левую боковую височную кору и левую среднюю лобную кору.
Зоны мозга, активные во время воспоминания танца. Credit: Anderson, A. J. et al. / Nature Communications 2020
Эти регионы активно задействованы в работе эпизодической памяти. Ряд зон (левая / правая медиальная теменная кора, левая височно-теменной узел, левая дорсолатеральная префронтальная кора, вентральная и медиальная префронтальная кора, передняя височная доля) коррелировали именно с индивидуальными различиями воспроизводимых событий.
Активность в медиальной (средней) теменной коре можно связать с тем, что мозг как бы кодирует индивидуальные различия наших воспоминаний. Эта зона считается одной из ключевых в работе эпизодической памяти. Существует гипотеза о том, что она делит наши воспоминания на эпизоды, которые и сохраняются в памяти.
Левый височно-теменной узел также задействован в кодировании индивидуально значимой информации, а именно ее сегментации (разделения целостного воспоминания на части), а также в моделировании воспоминаний (представления ментального образа событий), запоминании эпизодов от первого лица и феномене телесной осознанности.
Дорсолательная часть префронтальной коры также связана с индивидуальными различиями. В особенности, она ассоциируется с когнитивным контролем, торможением, рабочей памятью. Скорее всего, именно благодаря последнему, эта зона просто не может не активироваться, когда человек пытается целенаправленно представить некое событие.
Зоны префронтальной коры
Интересным авторы посчитали тот факт, что эксперимент не показал значимую активность гиппокампа, который представляет собой своеобразный “хаб” эпизодической памяти.
Помимо описанных зон ученые обнаружили значимую активность в вентромедиальной префронтальной коре (запоминание личностей известных людей, мест, и отношения к ним; эмоциональная информация и очень давние эпизоды жизни), дорсомедиальной префронтальной коре (запоминание особенностей других людей, коллективные воспоминания, отражающие принадлежность к группе), передней височной доле
(на рисунке; “хаб” семантической памяти).
Передняя височная доля. Credit: kopilkaurokov.ru
Эксперимент показал, что нейровизуализация способна количественно измерить индивидуальные различия активности мозга у людей, представляющих сложное событие на свой индивидуальный манер. Это дает возможность по такой активности определить индивидуальные различия в эпизодической (а, возможно, и семантической) памяти человека. Быть может, это первый шаг к “считыванию” наших воспоминаний?
Текст: Никита Отставнов
Anderson, A. J., McDermott, K., Rooks, B., Heffner, K. L., Dodell-Feder, D., & Lin, F. V. (2020). Decoding individual identity from brain activity elicited in imagining common experiences. Nature Communications, 11(1). doi:10.1038/s41467-020-19630-y
«Дорогой мозг, пора бы тебе повзрослеть!»
Когда мы рождаемся, наш мозг обладает большой гибкостью. Наличие такой гибкости для роста и изменения дает незрелому мозгу способность адаптироваться к новому опыту и организовать свою…
«Молодой» Альцгеймер не поддался глубокой стимуляции мозга
Исследователи выяснили, что люди с ранней стадией болезни Альцгеймера (в возрасте до 65 лет) не получают улучшений от глубокой стимуляции мозга – терапии, которая показала…
«Плохие» гены – плохой сон?
Недостаточный сон – не всегда следствие того, что вам что-то мешает спать или вы больны. Оказалось, что на длительность и качество этого процесса влияют 47…
«Протез памяти» даёт надежду людям с нейродегенеративными заболеваниями
Учёные из США протестировали нейропротез для усиления памяти человека. Краткосрочная память пациентов при использовании этого устройства улучшилась на 35-37 процентов по сравнению с контрольной группой,…
«Спринтерский» сон: организм — против
Многие люди грезят о том, чтобы поспать чуть дольше, чем обычно, так как чаще всего они спят гораздо меньше, чем рекомендуется для нормального самочувствия. При…
«Суперстарикам» не страшен Альцгеймер
Сейчас мы ежедневно рассказываем о том, что происходило на конференции SfN2019. Но это не первая конференция такого рода. И год, два, три назад там тоже…
50 оттенков прошлого в вашей голове
Перед вами – гиппокамп, да не простой, а с энграммами воспоминаний, горящими разноинтенсивными красными оттенками. Что такое энграммы, спросите вы? Это цепочки специальных энграммных нейронов,…
Homo Erectus смог бы играть на пианино?
Сделать прорыв в создании орудий труда нашим предкам помогли когнитивные процессы в мозге, участвующие в игре на музыкальных инструментах, а не развитие языковых способностей. Статья…
«Преображение» взрослого мозга начинается с клеток
Моменты, которые изменяют нашу жизнь, также меняют наш мозг: все, начиная от первого поцелуя и заканчивая последней встречей, модифицирует нейроны. Новое исследование, проведенное французскими и…
«Разделяй и властвуй»: как в мозге кодируются звуки
В эксперименте, посвященном тому, как мозг обезьян обрабатывает звук, команда нейробиологов и статистиков из Университета Дьюка обнаружила, что один нейрон может кодировать информацию о двух…