Что отвечает за память в мозге
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.
Проблемы с памятью
Забывчивость, нарушения внимания приписывают людям преклонного возраста. Однако проблемы с памятью возникают все чаще и у молодых. Причины этого явления разнообразны – от неправильного образа жизни и переутомления до серьезных нарушений в работе головного мозга и внутренних органов.
Причины ухудшения памяти в молодом возрасте
Нарушение памяти у пожилых людей обычно вызвано возрастными изменениями организма. Атеросклероз, микроинсульты, болезнь Альцгеймера – эти патологии негативно влияют на когнитивные функции.
Причины забывчивости в молодом возрасте иные, их можно разделить на 4 группы.
Нарушения в работе головного мозга – основная причина ухудшения памяти
За работу долговременной памяти отвечает кора головного мозга. Гиппокамп, который расположен в височных долях, запускает процессы перевода кратковременной информации в долговременную память. Существуют и другие центры памяти в мозге. Поэтому любые повреждения этого органа провоцируют развитие забывчивости, невнимательность.
Причины проблем с памятью у молодых людей:
После любых травм и болезней головного мозга необходимо постоянно наблюдаться у невролога. Это поможет своевременно выявить нарушения памяти и когнитивные расстройства.
Какие болезни внутренних органов негативно влияют на память
Нормальная работа головного мозга во многом зависит от слаженной работы всего организма. Многие дисфункции косвенно могут повлиять на концентрацию внимания, память.
Гормональный фон влияет на процесс запоминания. Тестостерон, вазопрессин, пролактин, эстроген помогают преобразовывать кратковременную память в долгосрочную. Окситоцин ухудшает процесс запоминания.
При болезнях почек ухудшается вербальная память. Когнитивные функции снижаются при увеличении уровня креатинина, снижения скорости клубочковой фильтрации. Исследование проводили на протяжении 5 лет ученые из США.
Неблагоприятное воздействие внешних факторов, образ жизни
Если возникают проблемы с памятью у молодых людей, причины часто связаны с неосознанным нарушением функций головного мозга. Но эти причины, в отличие от болезней, устранить проще. При изменении образа жизни забывчивость постепенно исчезнет.
Причины ухудшения памяти:
Курение разрушает мозг. Заядлые курильщики страдают от проблем с памятью, ухудшается способность к восприятию новой информации, логическое мышление. В равной степени опасно активное и пассивное курение, показатели памяти снижаются на 25-30%.
Ежедневное употребление 36 г чистого спирта приводит к раннему ухудшению памяти. Но и полный отказ от алкоголя негативно влияет на работу мозга. Безопасно употреблять до 4 бокалов красного сухого вина в неделю.
Наркотики – нейротоксичные вещества, нарушают процесс получения, обработки и отправления информации. Даже при однократном употреблении часто возникают необратимые разрушения в серотониновой системе мозга.
Сопутствующие симптомы
Забывчивость, неспособность запоминать и воспроизводить информацию – не единственные признаки плохой памяти.
При каких симптомах нужно обратиться к врачу:
Как решить проблемы с памятью
Если память часто подводит, необходимо посетить невропатолога. После осмотра, сбора анамнеза и первичной диагностики может потребоваться консультация терапевта, нейропсихолога, психотерапевта, онколога.
Нейромониторинг начинается с оценки неврологического статуса. Врач проверяет работу черепно-мозговых нервов, определяет амплитуду движения глазных яблок, симметричность языка и зубного оскала, оценивает мимические и произвольные движения.
Проводят оценку слуха, зрения, обоняния, рефлексов, речи. Для диагностики расстройств памяти используют тесты, которые показывают способность запоминать и воспроизводить новую информацию. Для выявления нарушения когнитивных функций врач назначает общий и биохимический анализ крови, исследование спинномозговой жидкости, ЭЭГ, МРТ и КТ головного мозга. На основании результатов диагностики подбирают методы лечения, лекарственные препараты.
Голова – предмет тёмный, но исследованию подлежит. Что за что отвечает в головном мозге?
Способность дышать и двигаться, чувствовать боль и любить, создавать гениальные творения и совершать зло, подчас не поддающееся объяснению. Благодаря чему всё это возможно? Где скрывается наше «я»?
Как устроен головной мозг человека, как соотносятся его строение и функции, и каковы их особенности?
Попробуем разобраться в некоторых из них.
Существует положение, что чем более проста некая функция, тем точнее место ее локализации в головном мозге. С другой стороны, наиболее сложные функции обеспечиваются слаженной работой всего мозга, в связи с чем понятие «коркового центра» (определённой области коры головного мозга) большей частью относительное и условное.
Внезапно залаяла собака во дворе? Ориентировочный рефлекс в ответ на резкий звук возможен благодаря среднему мозгу. Кроме того, через этот отдел проходят пути, обеспечивающие зрение, слух, способность к движению и бдительности, контроль температуры и ряд других, которыми занимаются другие отделы мозга.
КОРА БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ ИМЕЕТ СЛОЖНОЕ
СТРОЕНИЕ И СОДЕРЖИТ 12-18 МЛРД НЕРВНЫХ
КЛЕТОК И БОРОЗДАМИ ДЕЛИТСЯ НА НЕСКОЛЬКО ДОЛЕЙ
А теперь закройте глаза и коснитесь пальцами кончика носа. Получилось без особого труда, не так ли? Это при том, что в этом плавном действии было задействовано много разных мышц. За координацию, равновесие, нормальные движения спасибо мозжечку.
Сложнее, сложнее
Эмоции, такие эмоции. Без них наша жизнь была бы не такой счастливой (несчастной?). Внутренняя борьба, иногда заставляющая нас сделать то, о чем мы потом пожалеем. Знакомо? Благодарим лимбическую систему. Интересно что это такое? Чуть подробнее о ней (и ее частях).
Беспокоитесь, грустите? А может вам страшно? Это возможно благодаря миндалевидному телу (миндалине). Любопытный факт: с левой миндалиной бывает связано и чувство счастья, а вот у правой «настроение» плохое всегда.
Читайте материал по теме: Билл Гейтс и его синдром Аспергера
И наконец.
Итак, какова ее роль?
Читайте материал по теме: Что происходит с мозгом аутистов?
С лобной долей связана также наша способность к движению (благодаря моторной коре), чёткому и разборчивому письму, артикуляции.
Ассоциативные функции обеспечиваются теменной долей коры. Здесь располагаются области, отвечающие за осязание, чёткие, комбинированные целенаправленные движения, чтение, познавание предметов, явлений, их смысла и символического значения.
Бросается в глаза, что.
Наиболее сложные функции памяти и мышления не имеют чёткого расположения, в их реализации принимают участие различные области мозга.
Почему важно знать, как связаны функция и структура головного мозга?
Диагностика. Представьте: у человека сильно разболелась голова. Спустя несколько минут он уже не смог поднять правую руку, а его речь стала невнятной. У пациента ухудшилось зрение с одной стороны, тогда как офтальмолог патологию со стороны глаз не обнаружил. Или, например, человек перестал понимать обращённую к нему речь.
Читайте материал по теме: Как предотвратить инсульт?
Зная о том, какие отделы в головном мозге отвечают за ту или иную способность, можно предполагать место расположения патологического процесса.
Лечение и реабилитация. Предположим, что в результате повреждения участка головного мозга после инсульта у человека «выпала» какая-то функция. Значит ли это, что теперь она не вернётся? Нет, далеко не всегда.
Благодаря такому свойству мозга, как пластичность, возможно эту функцию восстановить. Говоря простыми словами, под пластичностью можно понимать способность других областей мозга брать на себя функцию повреждённой его части. Однако этим процессом нужно целенаправленно заниматься. Поэтому после инсульта больному бывает необходим курс нейрореабилитации, в процессе которого он заново учится говорить, ходить, обслуживать себя.
Нет. Приведённые выше описания взаимоотношений структуры и функции далеко не исчерпывающие: на деле всё гораздо сложнее и выходит далеко за рамки объёма небольшой статьи.
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 живет наша память? «В МИРЕ НАУКИ» № 10
Память — эфемерная структура, с трудом поддающаяся измерению. Лимит человеческой памяти неизвестен, а изучение ее механизмов занимает важнейшее место среди вопросов познания мозга. Чем травматическая память отличается от обычной и где хранятся наши воспоминания? Чего не хватает для построения единой теории мозга? На эти и многие другие вопросы отвечает начальник лаборатории нейронаук Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий, нейробиолог Ольга Игоревна Ивашкина.
— Локализована ли память где-то конкретно в мозге? Верно ли, что гиппокамп, пускай он и отвечает за перевод памяти из кратковременной в долговременную, все же не служит средоточием памяти в глобальном смысле?
— Верно. С одной стороны, мы не можем отрицать анатомическую структуру, а с другой — нельзя сказать, что какая-то функция, в том числе память, ограничена лишь одной анатомической структурой, а значит, истина находится где-то посередине.
Известно, что память и ее отдельные эпизоды распределены в сетях нейронов, а эти нейроны, в свою очередь, распределены по всему мозгу. Какие нейроны и из каких структур будут входить в сеть конкретного памятного эпизода, зависит оттого, какой это эпизод. Например, если я вспоминаю мелодию какой-то песни, то, конечно, буду задействовать слуховые нейроны, центры речи и т.д. Если же я вспоминаю то, чего боюсь, то в такую сеть будут входить нейроны структуры, которая называется «миндалина» и связана с эмоциями, страхами и т.д.
Гиппокамп действительно очень важен для памяти, и если по какой-то причине он будет разрушен или будет нарушена его функция, тогда и возможности запоминания будут существенно снижены.
— Сразу вспоминается знаменитый пациент Г.М. (Генри Густав Молисон), который разучился что-либо запоминать после того, как у него были удалены части гиппокампа.
— Да, именно так. Хотя теперь мы знаем, что во время операции у Г.М. пострадал не только гиппокамп, но и несколько областей коры головного мозга, а также миндалины.
И все же гиппокамп — это лишь некоторые формы памяти; он, например, никак не влияет на моторную память. Умение ездить на велосипеде или играть в футбол — это моторная память, которая зависит от совершенно других структур.
— От каких?
— В основном это моторные области коры и мозжечок. Кроме моторной существуют и другие формы памяти, которые никак не зависят от гиппокампа. Например, есть такая форма обучения — вкусовая аверсия. Представим, что мы попробовали что-то новое, какой-нибудь экзотический фрукт, и отравились им. Нам стало плохо, поэтому мы сразу связываем этот вкус с плохим состоянием и в будущем постараемся по возможности этого избегать. То же самое можно развить у мышей, причем такая память тоже вырабатывается без участия гиппокампа, хотя какие-то его клетки все равно могут входить в эту общую сеть. Дело только в количестве этих клеток и в наполнении этой сети.
Справка. Генри Густав Молисон — самый знаменитый неврологический пациент в истории науки. В 1953 г., для того чтобы облегчить тяжелейшее течение эпилепсии, Молисону была сделана экспериментальная операция по удалению гиппокампа из обоих полушарий мозга. В результате у пациента пропала возможность запоминать что-либо, то есть навсегда исчезла долговременная память.
— Получается, память повсюду? Она как бы вплетена в структуру мозга?
— Да. Память распределена по мозгу, она представляет собой нейронную сеть. Это самое важное, что нам нужно понимать. Эти нейронные сети действительно распределенные. Чтобы увидеть всю память, нам нужно иметь возможность наблюдать мозг целиком.
— А это возможно — увидеть, как вы говорите, всю память?
— На данный момент мы не можем созерцать все многообразие сетей нейронов, кодирующих все возможные воспоминания, но можем следить за некоторыми из них.
— Еще одна интересная тема, связанная с памятью, — это запах. Механизм его воздействия можно сравнить с машиной времени: запах возвращает нас в самые давние воспоминания, о которых мы даже не подозревали, что храним их. Ведь не зря же запахи используют в криминалистике. Известный следователь Н.Н. Китаев, например, специально изучал эту тему и задействовал разные запахи во время допросов.
—Для каких-то конкретных воспоминаний нам всегда важен контекст. Это как раз то, что используют криминалисты или психологи. Если нужно что-то вспомнить, то сделать это проще, когда мы погружены в контекст конкретного воспоминания. Для воссоздания контекста могут привлекаться запахи, связанные с событием, которое, например, происходило в комнате или на открытом воздухе, где ощущалось дуновение ветра или даже слышались какие-то звуки. Так, если что-то произошло в комнате, где шумит кондиционер, этот звук тоже может выступать своеобразным «якорем». Кстати, подобные методики мы используем в своих экспериментах на мышах.
Всегда есть память обо всей обстановке, о контексте, и внутри нее могут быть еще какие-то специфические воспоминания. Запах — это эволюционно древнее чувство. Активируя определенные нейроны, «вытащить» воспоминания из сети, которая их кодирует, довольно просто. Гораздо сложнее восстановить какие-то конкретные зрительные сцены.
— И в се же ни звук, ни картинка, на мой взгляд, не идут ни в какое сравнение с запахом.
— В целом да. Причем у нас это может быть не так ярко выражено, если сравнивать с животными. Мы же относимся к микросматикам — существам со слабой степенью развития обонятельной системы. Мы не так хорошо различаем запахи, как собаки или грызуны. А для других животных это вообще очень мощный стимул, и они в своей жизни на него в основном и ориентируются. И если зрительные стимулы постоянно сменяются, то запахи — более постоянные и конкретные. Получается, что за них просто легче зацепиться.
Кроме того, важный момент — наличие прямых связей у нейронов обонятельных луковиц, которые кодируют разные запахи, с клетками гиппокампа и миндалины. Запах может впечататься очень сильно: если активируются определенные нейроны, то и вся сеть конкретного воспоминания может за них зацепиться. Поскольку память — это сеть и нейроны связаны друг с другом, то когда активируются какие-то клетки, связанные с запахом, за ними по цепочке могут быть задействованы клетки, которые связаны уже с другими аспектами. И тогда мы что-то вспоминаем ярко.
— Может ли быть так, что мозг на самом деле помнит абсолютно все, просто мы не имеем доступа к каким-то воспоминаниям?
— Мы знаем, что есть процесс активного забывания: например, многое из того, что мы видим за день, ночью стирается из памяти. Нам не нужно запоминать черты лиц всех людей, которые с нами ехали в метро и на которых мы обратили внимание. или какие-то обрывки фраз. Есть очень много вещей, которые мы могли бы запоминать, но мы их не запоминаем.
— То есть кратковременная память. А долговременные воспоминания остаются навсегда?
— С одной стороны, действительно, есть теория, в соответствии с которой многое остается, но мы просто теряем к этому доступ. С другой стороны, известно, что мы все равно можем что-то забывать, а главное — что память постоянно меняется. Наше воспоминание о чем-то отнюдь не статично, причем ни в нашем проявлении, как мы это вспоминаем, ни в нейрональном субстрате. Это объясняется тем, что нейроны, входящие в эту сеть, не одни и те же: если мы сегодня что-то выучим и запомним, а затем посмотрим на слепок этих нейронов, то это будет один слепок, а когда мы то же самое вспомним завтра или через три дня, сеть будет уже чуть-чуть другая, другие клетки.
В памяти, согласно принятой сегодня концепции, постоянно происходит некоторое «дообновление». Этим, кстати, объясняется то, что мы помним что-то про детство, но обычно это не совсем то, что с нами реально происходило: воспоминания часто обрастают несуществующими деталями.
— Рост новых клеток головного мозга у человека никогда не прекращается?
— Да, есть такое понятие, как «взрослый нейрогенез». В принципе, нейрогенез у нас активно идет при внутриутробном развитии, интенсивен он также и в детском возрасте, когда достигает своего максимума, а затем постепенно затухает, но полностью никогда не заканчивается. Во взрослом возрасте прирост новых нейронов происходит в гиппокампе, в структуре под названием «зубчатая фасция», и в местах, которые называются «околожелудочковая зона», — в желудочках мозга, по которым течет спинномозговая жидкость. Недавно в научном мире даже были дебаты на эту тему. Одна группа ученых показала, что у человека во взрослом возрасте нейрогенез сходит на ноль, другие же ученые заявили, что это не так, и указали на методические ошибки своих оппонентов. Вышла целая серия статей, посвященных этой теме. Но мы пока считаем, что у человека даже во взрослом возрасте появляются новые нейроны.
Есть второй дискуссионный вопрос: стволовые клетки, из которых появляются новые нейроны. Истощается ли со временем их пул? Одна теория гласит, что они могут постоянно самоподдерживаться и запас со временем не иссякает. В соответствии с другой версией, напротив, стволовые клетки истощаются и могут совсем закончиться. Этого мы пока не знаем. Что же касается упомянутого нейрогенеза, то да, обновление нейронов происходит, и они могут встраиваться в сети головного мозга. В гиппокампе они интегрируются в том числе в нейронные сети, кодирующие разные воспоминания.
Гиппокамп/ Схема мозга.
— Выдающийся английский натуралист Альфред Рассел Уоллес говорил об избыточности возможностей человеческого мозга: зачем нам мозг, способный создавать музыкальные шедевры или строить математические теории? А что сегодня известно об уникальности или неуникальности нашего мозга?
— В целом можно сказать, что, поскольку мы отличаемся от приматов, в нас действительно есть что- то особенное. И, несмотря на то, что на уровне ДНК сходство между нами и шимпанзе превышает 98%, у людей есть определенные гены, которых нет у приматов. И это в том числе опосредует то, что мы другие.
На самом деле мы пока до конца не знаем, что именно делает нас отличными от других животных. Мы видим, что базовые принципы очень похожи. Если взять червяка С. elegans, который может обучаться, и человека и посмотреть на синаптические процессы (те, которые происходят при обучении), то мы увидим отличия в местах контакта между нейронами. Однако базовые принципы все равно одинаковы. Если смотреть дальше — на животных, которые эволюционно к нам ближе, — эти принципы и механизмы будут все более схожи. Но есть определенные области, которые устроены по-другому. Судя по всему, существует еще какая-то принципиальная надстройка, дающая нам такую развитую психику и такие когнитивные функции. Но пока мы не можем это объяснить.
В биологии идею о том, что эволюция закончилась у нас в голове, называют парадоксом Уоллеса. Альфред Рассел Уоллес — выдающийся английский натуралист, современник Дарвина, наряду с ним считающийся первооткрывателем эволюции путем естественного отбора. Источник: Frans de Waal PhD, 2016. Фото: London Stereoscopic and Photographic Company (active 1855-1922), first published in Borderland Magazine, April 1896.
— Если сравнить мозг человека и мозг шимпанзе, то какие принципиальные отличия можно обнаружить?
— Важным отличием будет, например, то, что у нас есть области, связанные с языком. У шимпанзе таких областей нет — и нет способностей к такому же развитому языку, как у нас. В целом, не вдаваясь в подробности, скажу, что в их мозге все распределено несколько по-другому.
Что касается людей, то наш мозг в отличие от мозга шимпанзе устроен более плотно, в нем больше нейронов на единицу площади. Все эти вещи, о которых мы говорим, — чисто количественные, на фундаментальные вопросы ответа они не дают.
Долгое время считалось, что важен размер мозга. Затем стали говорить, что имеет значение соотношение размеров мозга и тела. Но есть примеры, которые показывают, что мы и здесь не на первом месте. Видимо, в устройстве сетей нейронов имеют значение некие более сложные феномены, и их мы пока объяснить не можем.
— А увидеть их, используя оборудование для сканирования мозга, возможно?
— Если мы посмотрим на мозг в магнитно-резонансном томографе (МРТ), то увидим активацию определенных структур. МРТ может лишь показать какие-то явления, но не объяснить их. Нельзя объяснить сложные психические функции тем, что мы видим, что какие-то структуры активируются, а какие-то нет. Это всего лишь некоторая корреляция, но, чтобы докопаться до сути вещей, нам нужны новые идеи о том, как устроены эти нейронные сети.
— Поговорим о вашей работе. В лаборатории нейронаук Курчатовского комплекса НБИКС- природоподобных технологий, которой вы руководите, проводятся беспрецедентные эксперименты по изучению того, можно ли стереть память. Расскажите об этом подробнее.
— Да, работая с лабораторными мышами, мы исследуем возможность избавиться от определенных воспоминаний. Это интересует нас, в частности, в контексте травматической памяти, которая формируется при сильных стрессовых воздействиях. Есть такое заболевание — посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР). Оно развивается у людей, которые попали в какие-то тяжелые ситуации: теракты, военные действия, авиакатастрофы и т.д. Мы можем моделировать это состояние на животных и далее пытаться стереть у них эту травматическую память, потому что от травмирующих воспоминаний для организма нет никакой пользы.
— Такая методика могла бы стать отличным дополнением к психотерапии. А вам уже удавалось уничтожить определенные воспоминания у животных?
— Сейчас мы можем это делать на мышах. Если мы предложим животному вспомнить травмирующую ситуацию и в определенный момент введем вещества, нарушающие синаптическую пластичность, то получим желаемый эффект. Но людям такая процедура, конечно, пока еще недоступна, потому что используемые вещества имеют ряд побочных токсических эффектов. Предстоит еще много работы, прежде чем подобное лечение от травмирующих воспоминаний можно будет внедрять в клиническую практику.
Стирать определенные воспоминания у мышей нам удается с помощью процедуры реактивации памяти: когда мы что-то вспоминаем, память приходит в лабильное состояние и в этот момент ее можно заблокировать. В том числе в этот момент можно заблокировать и стереть травматическую память.
Стирание памяти как таковое — известный факт. Нам же было важно показать, что мы можем прицельно уничтожить именно травматическую память.
Еще один способ удалить травматическую память — непосредственно в момент вспоминания попробовать затормозить работу той сети нейронов, которая участвовала в воспоминании. Это можно сделать с помощью методов оптогенетики. Мы берем сеть, которая участвует в воспоминании, и маркируем ее специальными белками, представляющими собой светочувствительные каналы. Если на эти нейроны попадет свет определенной волны, например синий или красный, в зависимости от каналов, то эти каналы откроются и нейроны затормозятся.
— Вы изучаете страх у мышей. Расскажите об этих исследованиях.
— Эта тема — одна из важнейших в нашей научной программе. Мы исследуем, как формируется аверсивная память у мышей — когда они запоминают то, что вызывает у них страх. Для этого мы используем классическую модель обучения, так называемое условно-рефлекторное замирание. Это значит, что мы помещаем животных в какую-то новую для них камеру, они ее обследуют и у них формируется память о контексте, об обстановке: что это за камера, как там пахнет, какие там звуки и т.д. Затем мы можем подавать какие- то дискретные сенсорные стимулы, обычно звуковые. В определенный момент времени подается электрический ток, животные пугаются и начинают считать эту камеру и эти сенсорные стимулы опасными. Дальше можно разными способами заглядывать в мозг животного и смотреть, что там происходит.
Одна из интереснейших вещей — наши попытки понять, как именно мы запоминаем контексты. Перед нами стоял вопрос: запоминаем ли мы все целым комплексом сразу или есть нейроны отдельных элементов этого комплекса, которые затем соединяются? Для того чтобы это узнать, мы обучали животных бояться определенного сочетания сигналов: например, свет и звук вместе. Это сочетание мы связывали с электрическим током и дальше искали нейроны отдельных компонентов или всего комплекса сразу. Оказалось, что есть и те и другие.
Получается, что мозг запоминает травмирующий контекст двумя способами сразу, что позволяет нам, с одной стороны, запоминать всю обстановку целиком, ас другой — запоминать отдельные элементы, и с этим связаны совсем другие нейроны. Это некая двойная система кодирования травмирующих ситуаций: отдельные клетки кодируют всю ситуацию целиком, и отдельные клетки кодируют единичные элементы этой ситуации.
Исследования по стиранию травматической памяти, проводящиеся в лаборатории нейронаук Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий, в будущем смогут дополнить психотерапию и психиатрию новыми методами лечения ПТСР. Фото: А.С. Луфт, «В мире науки».
— Классическая реакция на угрозу известна как «бей или беги». Как наш мозг решает, каким образом лучше поступить: бить, бежать или, может, замереть?
— Организм всегда руководствуется тем, что адаптивно в данный момент. Возьмем для примера условных мышей в камере, которые получают разряды тока. Из трех вариантов самым адаптивным будет затаиться, потому что атаковать, по сути, некого (ток приходит откуда-то снизу, без конкретной локализации) и бежать тоже некуда. Мыши уже поняли, что это замкнутая камера, поэтому они выбирают затаиваться. Точно так же как и животные в естественной среде решают, сбежать от хищника или попытаться затаиться и спрятаться. С одной стороны, выбор определяется тем, что будет более адаптивно, с другой — у людей, да и у животных тоже, есть индивидуальные стереотипные паттерны поведения, которые вырабатываются в течение жизни. Например, кого-то учили всегда давать сдачи, а другому говорили: «Лучше отойди и не ввязывайся в конфликты». Это просто наглядные примеры. И это определяет характерный паттерн. Соответственно, паттерн накладывается на то, что в данный момент представляется более адаптивным. Так что те или иные стратегии поведения проявляются в разных ситуациях.
— Все ваши исследования очень интересны. А вы можете выделить какое-то одно наиболее перспективное направление?
— Наиболее интересно для меня и моих коллег — понять принципы, клеточные механизмы обучения памяти. Как я уже говорила, память — это не что-то статичное, мы рассматриваем ее в динамике. Нам важно понять, что происходит с памятным следом со временем. Например, при старении. Да, мы знаем, что память с возрастом ухудшается, но как это проявляется на конкретных нейронах? Чем травматическая память отличается от обычной? Ведь, в принципе, пугаться чего-то — вполне нормальное адаптивное явление, и мы таким образом понимаем, какой конкретно угрозы следует избегать в будущем.
— В чем же тогда принципиальное отличие травматической памяти?
— В том, что травматическая память уже не адаптивная, она не специфическая. Мы не боимся чего-то конкретного, а растим в себе генерализованный страх — когда какие-то не связанные с изначальной стрессовой ситуацией вещи начинают вызывать весь комплекс болезненных воспоминаний. Характерный пример: громкий звук стартующего автомобиля способен напугать бывших военных, которые слышали выстрелы на поле боя. Страх могут вызывать другие громкие звуки или даже какие-то тени. У каждого свой страх. Но чем именно сильная травматическая память и адаптивная аверсивная память отличаются на уровне нейронов, мы пока до конца не знаем.
Нам удалось показать, что изменения в мозге, вызванные стрессом, могут иметь пролонгированный характер. Например, произошла травматическая ситуация, она закончилась, дальше мыши сидят в своих домашних клетках и, казалось бы, с ними уже ничего плохого не происходит; но если через неделю после травмирующей ситуации взять эту мышь из домашней клетки (а для мыши неделя— это уже довольно много) и посмотреть на ее мозг, оказывается, что мозг находится в состоянии повышенной активности.
— То есть она всю неделю пребывала в таком состоянии?
— Да. Всю неделю мыши сидели как будто спокойные в своих домиках, в своих родных клетках, но это только с виду. Если мы возьмем мышь без травмы в анамнезе до этого, просто обычную мышь, и посмотрим на ее мозг, он будет находиться в спокойном состоянии. Да, там будут какие-то отдельные активные нейроны, отдельные структуры, но в целом, если мы посмотрим на белковые слепки активности мозга, они будут, как мы говорим, пустыми: там не будет большого количества активированных клеток, которые находятся в состоянии пластичности. А если мы возьмем мышь, у которой семь дней назад была травма, то увидим, что во многих структурах мозга очень много нейронов, которые находятся в состоянии повышенной пластичности. И если мы посмотрим на связанность структур друг с другом, окажется, что и она изменилась. Это значит, что в течение долгого времени после травмы мозг находится не в нормальном состоянии, не в покое. Кстати, похожие вещи видно в исследованиях и у людей с травмами, если смотреть на активность их мозга под МРТ. Получается, мозг находится в повышенном, активированном состоянии по сравнению с обычным. Дальше мы уже смотрим на более детальные механизмы, на то, как структуры и клетки синхронизируются друг с другом после травмы. Мы пытаемся понять, действительно ли наши процедуры по стиранию памяти приводят к тому, что мозг возвращается в нормальное состояние.
— А такая повышенная активность мозга — разве плохо?
— Да, получается, что не очень хорошо, потому что дальше у животных развиваются симптомы травмы. Например, если мы говорим про мышей, то они начинают бояться ситуаций, в которых с ними никогда ничего плохого не происходило. То есть мы сажали их в одну камеру, где они сталкивались с травмирующей ситуацией, а затем перемещали в совершенно другие условия, в другую камеру, и видели, что они и ее стали бояться. Это не адаптивная память, потому что она распространяется на разные эпизоды, не связанные с изначальной травмой.
— И сколько может длиться такая тревожность у мышей?
— Мы знаем, что такое состояние может продолжаться несколько месяцев. А может ли это сохраняться на всю жизнь (мыши живут два-три года), мы пока не проверяли. Но планируем.
— Правда ли, что события, которые были подкреплены сильными эмоциями, лучше запоминаются? С чем это связано?
— Да, в целом это так. Особенно если речь идет о негативных эмоциях: они запоминаются еще лучше. Это связано с тем, что эмоции — всегда отражение того, что нечто, происходящее в окружающей среде, для нас важно. Если в какой-то момент мы сидим безучастные, то нам, скорее всего, неважно, что происходит. Если же мы испытываем по определенному поводу некоторые ощущения, это значит, что мы вовлекаемся в такие ситуации, процессы и, конечно, запоминаем их лучше, потому что в будущем нам это может зачем-то понадобиться. Раз мы в них вовлекались, если нас что-то испугало, возможно, это стоит запомнить, потому что мы можем снова с этим столкнуться. И нам важно иметь об этом представление.
Радостные события тоже запоминаются хорошо. Если мы где-то испытали удовлетворение или счастье, в будущем можем попробовать испытать подобное ощущение еще раз, попав в аналогичную ситуацию.
— Что, на ваш взгляд, мешает построить единую теорию мозга?
— Во-первых, нам нужно еще больше эмпирических данных о мозге. Все говорят, что сейчас выходит очень много статей по нейробиологии. С одной стороны, это так, а с другой — думаю, мы еще не достигли критической массы. Это впереди. Вторая принципиальная вещь, которая нам необходима, — метаанализ всех этих данных. Вот здесь мы, ученые, на мой взгляд, отстаем. И третье: нужны люди, которые будут не ставить эксперименты, а больше анализировать эту проблему.
Кроме того, важнейший момент — возможность сотрудничества специалистов из разных областей знания, иногда, казалось бы, довольно далеких от нейронауки.
Такая конвергенция разных наук как раз реализуется в Курчатовском комплексе НБИКС-природоподобных технологий, как было задумано при его создании М.В. Ковальчуком. Это дает уникальную возможность тесно сотрудничать со специалистами разных подразделений нашего комплекса, которые занимаются совершенно другими проблемами, что позволяет продвинуться и в наших исследованиях тоже. Благодаря такому взаимодополняющему сотрудничеству в нашем институте мы можем использовать в работе самые разнообразные методы и технологии: генетически кодируемые сенсоры, вирусные конструкты, оптические технологии для визуализации активности мозга, машинное обучение и искусственные нейронные сети для анализа получаемых данных, а также методы молекулярной биологии и генетических технологий. Я уверена, что нейронаука без подобной возможности проводить исследования вместе с учеными разных областей не двигалась бы вперед настолько активно.