Что отвечает за воспоминания
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…
Какой отдел мозга отвечает за память
Какая часть мозга отвечает за память и что влияет на этот процесс, важно знать всем. Каждый день мы получаем массу информации, часть из которой запоминается. Почему одни воспоминания остаются в памяти, а другие нет, какой механизм действия памяти?
Где находится память
Памятью называют способность к запоминанию, накоплению и извлечению полученных сведений. Сколько может запомнить человек, зависит от его внимания.
Память формируется несколькими участками головного мозга: корой мозга, мозжечком, лимбической системой. Но в большей степени на нее влияют височные доли мозга. Процесс запоминания происходит в гиппокампе. Если повреждена височная область с одной стороны, то память становится хуже, но при нарушениях в обеих височных долях процесс запоминания полностью прекращается.
Функционирование памяти зависит от состояния нейронов и нейромедиаторов, обеспечивающих связь между нервными клетками. Они концентрируются в области гиппокампа. К нейромедиаторам относят и ацетилхолин. Если этих веществ не хватает, то память значительно ухудшается.
Уровень ацетилхолина зависит от количества энергии, производимой в процессе окисления жиров и глюкозы. Нейромедиаторы концентрируются в органе в меньших количествах, если человек переживает стресс или страдает от депрессивных состояний.
Механизм запоминания
Мозг человека работает, как компьютер. Чтобы сохранить текущую информацию он использует оперативную память, а для длительного хранения не обойтись без жесткого диска. В зависимости от того насколько долго часть мозга отвечающая за память хранит информацию, выделяют:
Интересно, что в зависимости от вида, память хранится в разных участках мозга. Кратковременные воспоминания концентрируются в коре головного мозга, а долговременные – в гиппокампе.
Способность к запоминанию считается важной частью интеллекта. Поэтому от ее развития зависит и объем информации, которой владеет человек.
Работа памяти состоит из запоминания, сохранения и воспроизведения. Когда люди получают информацию, она поступает от одной нервной клетки к другой. Эти процессы происходят в области коры головного мозга. Данные нервные импульсы приводят к созданию нейронных связей. По этим путям в дальнейшем человек извлекает, то есть, вспоминает полученные сведения.
На то, как успешно и надолго запомнится информация, влияет то, с каким вниманием человек относится к объекту. Если это ему интересно, то он сильнее концентрируется на интересующем его предмете и процесс запоминания происходит на высоком уровне.
Вниманием и концентрацией называют такую функцию психики, которая позволяет сфокусировать все мысли на определенном объекте.
Не менее важным, чем запоминание, является забывание информации. Благодаря этому нервная система разгружается и освобождается место для новых сведений, начинают образовываться новые нейронные связи.
Какое полушарие отвечает за память, точно сказать нельзя, так как оба эти участка играют важную роль в процессе обработки и запоминания информации.
Объем памяти
Согласно недавним результатам исследований, ученым удалось выяснить, что объем памяти человеческого мозга составляет около миллиона гигабайт.
Если способности к запоминанию хорошо развиты, то творческим личностям это может доставлять много проблем.
В составе головного мозга около сотни миллиардов нервных клеток, между каждой из которых существуют тысячи нейронных связей. Информация передается в синапсе. Так называют точку, в которой контактируют нейроны. Во время взаимодействия двух нейронов, происходит формирование прочных синапсов. На ветвящихся отростках нервных клеток есть дендриты, которые увеличиваются в размерах во время получения новой информации. Эти отростки позволяют контактировать с другими клетками, во время увеличения он может воспринимать большее количество сигналов, поступающих в мозг.
Некоторые ученые сравнивают дендриты с битами компьютерного кода, но вместо цифр применяют описательные характеристики их размеров.
Но раньше не знали и том, каких размеров способны достигать эти отростки. Ограничивались только определением маленьких, средних и больших дендритов.
Ученые из Калифорнии столкнулись с интересной особенностью, которая заставила их пересмотреть известную информацию о размерах отростков. Это произошло во время изучения гиппокампа крысы. Это отдел мозга отвечающий за память по отношению к зрительным образам.
Исследователи заметили, что один, из отростков нервной клетки, отвечающий за передачу сигналов способен взаимодействовать с двумя дендритами, принимающими информацию.
Ученые выдвинули предположение о способности дендритов принимать одинаковую информацию, если она происходит от одного аксона. Поэтому размер и прочность их должны быть идентичными.
Было произведено измерение объектов, отвечающих за формирование синаптических связей. В ходе исследования удалось выяснить, что разница между дендритами, получающими информацию от одного аксона составляет около восьми процентов. Всего удалось выявить 26 возможных размеров отростков.
Основываясь на результатах исследований, была выдвинута гипотеза о способности человеческой памяти сохранять квадриллион байт информации. Чтобы сравнить мозг с компьютером достаточно знать, что размер средней оперативной памяти устройства не больше восьми гигабайт. Тогда как мозг может сохранить миллион гигабайт.
Каждый человек знает, что полностью использовать весь объем памяти нельзя. Многие хоть раз забывали о днях рождениях друзей и родственников, испытывали трудности с изучением стихотворений или запоминанием параграфов по истории. Это явление считается нормальным. Но, если человек помнит абсолютно все, то это считается феноменом. Миру известны лишь единицы людей, которые помнили большую часть полученных сведений.
Виды памяти
Память не является единым целым. Существуют различные ее типы, которые отвечают за определенные вещи и хранятся в разных частях мозга. Условно ее можно разделить на 2 большие группы:
Кратковременная память
Это объем информации, хранящейся в активном, легкодоступном состоянии в течение короткого периода времени.
Примером может служить попытка удержать ответ на вопрос перед тестом в голове, если вы перестанете повторять его хотя бы на несколько секунд, вы забудете о том, о чем думали.
В сравнении с кратковременной, рабочая память представляет собой когнитивную систему с ограниченной вместимостью, которая важна для обоснования и руководства процессом принятия решений и поведения.
Долгосрочная память
Делится на два типа:
Эксплицитная
Эксплицитная (декларативная) память – это когда вы сознательно запоминаете что-либо, например, телефонные номера или личный номер паспорта. Делится на три вида:
Имплицитная
Имплицитная память — это бессознательное хранилище, которое способно влиять на мысли и поведение, даже если событие не запоминается. Примером может служить посещение места в детстве, а когда вы возвращаетесь в детстве, спустя десятилетия вы вспоминаете конкретное место, где что-то находится. Она делится на два вида:
Основные части мозга, которые вовлечены в память
Лобная доля. Это важный координатор информации, и поэтому она важна в рабочей памяти. Лобная доля также важна для запоминания того, что нам нужно будет сделать в будущем. Она подбирает подходящие воспоминания и навыки для определенного случая и координирует действия.
Височная доля. Наиболее тесно связана с воспоминаниями. Являясь родиной гиппокампа, височная доля связана с автобиографической и памятью распознавания.
Теменная доля. Помогает направить внимание на поставленную задачу, а также поддерживает вербальную кратковременную память. [R]
Другие части мозга, которые также вовлечены в запоминание
Гипокамп (пространство и узнаваемость). Гипокамп обычно является первой частью мозга, которая повреждается при болезни Альцгеймера. Он также играет большую роль в переносе кратковременной и долговременной памяти. [R, R]
Миндалевидное тело. Участвует в передаче воспоминаний в долговременные воспоминания об эмоционально возбуждающих событиях.
Мозжечок. Играет роль в координации движений и выполнении повседневных действий.
Префронтальная кора. Отвечает за обработку и хранение информации.
Стриатум. Важен для извлечения процедурных воспоминаний.
О том, какие ноотропы улучшают память можно прочить в данной статье>>>
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.