Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга - Дэвид Иглмен

Неудивительно, что Рибо чрезвычайно впечатлила странность обнаруженного им свойства памяти: другие системы хранения данных работают совсем не так. Институциональная память предает забвению прошлые эры и прошлых правителей, образовательные институты сосредоточиваются на недавних трендах и достижениях, городские власти больше похваляются недавними свершениями, чем вспоминают достижения вековой давности.

Почему же у мозга память устроена задом наперед? Почему воспоминания большей давности закрепляются прочнее? Это и есть важнейший ключ к пониманию принципов, по которым происходит работа под крышкой черепа. И сейчас мы обратимся к одному из главнейших аспектов нейронных связей — феномену памяти.

Разговор с собой послезавтрашним

Леонард Шелби, главный герой психологического детектива Кристофера Нолана[53] «Помни», страдает неспособностью перемещать кратковременные воспоминания в долговременную память — такая патология, известная как антероградная амнезия, выражается в нарушении памяти о событиях после начала заболевания. Шелби способен помнить события, произошедшие за последние пять минут, а все, что было раньше, из памяти улетучивается. И он вынужден повсюду оставлять себе записки о недавних событиях, а все самое важное — включая миссию найти убийцу своей жены — запечатлевает на теле в виде татуировок (рис. 10.1). Таким образом он общается с самим собой по прошествии времени.

Рис. 10.1. Леонард Шелби с памятками на теле

Guy Pearce in Memento © Summit Entertainment

Все мы немножечко Леонарды Шелби. Правда, с той разницей, что вместо татуировок запечатлеваем критически важные для нас сведения где-я-был-что-делал непосредственно в наших нейронных сетях. Благодаря этому мы, будущие, знаем, что пережили и через что прошли, и поэтому становится ясно, что делать дальше.

Примерно 2400 лет назад Аристотель в трактате «О памяти и воспоминании» (De memoria et reminiscentia) уже делал попытку описать способность к запоминанию и воспользовался аналогией, что память способна воспринимать «формы ощущаемого без его материи», подобно тому как воск воспринимает отпечаток перстня. К сожалению, у Аристотеля не имелось данных, на которые можно опереться, и потому нейронная магия, посредством которой событие внешнего мира запечатлевается как воспоминание внутри головы, более двух тысячелетий оставалась непостижимой тайной.

Только сейчас нейробиология начинает разгадывать ее. Нам известно, что, когда вы узнаёте новый факт (скажем, как зовут вашего соседа), в структуре мозга происходят физические изменения. Нейробиологи десятилетиями пытались разобраться, в чем состоят эти изменения, как они организуются в огромном море нейронов и как их прочитать десятки лет спустя. Благодаря этим усилиям пазл постепенно складывается, хотя многие его фрагменты до сих пор отсутствуют.

Интенсивно изучаются примитивные формы памяти на молекулярном и сетевом уровнях у относительно простых существ вроде голожаберных моллюсков (морских слизней). Почему ученые выбрали именно их? А потому, что у этих созданий нейроны крупные и их, в сравнении с таким сложным организмом, как человек, не слишком много, что облегчает задачи исследователей. Типичный эксперимент проводится так: ученые деликатно тычут палочкой в морского слизня. Он отдергивается. Если повторять тычок каждые 90 секунд, слизень в конце концов перестает реагировать, потому что «помнит»: раздражитель — тычок палочкой — никакого вреда ему не причинил. Затем экспериментаторы сочетают тычок с подачей электрического разряда на хвост слизня, после чего рефлекс отдергивания от простого тычка усиливается: слизень «помнит», что за тычком следовало нечто опасное2.

Подобные эксперименты открыли много нового относительно изменений в мозге на молекулярном уровне; однако животные, позже прибывшие на праздник эволюции (млекопитающие, например), наделены памятью более мощной и сложной, чем память беспозвоночных. Так, люди могут помнить подробности своих биографий. Мы чаще всего помним, о чем когда-то мечтали и что представляли себе. Мы способны помнить пространственные особенности обширных географических регионов, а также усваивать сложные навыки, позволяющие успешно справляться с превратностями коммерческих, социальных и климатических условий. И, что очень удобно, мы умеем забывать несущественные мелочи, скажем где располагался пункт упаковки багажа в аэропорту, откуда мы вылетали две недели назад, или дословное содержание какого-то разговора.

Первое систематическое исследование физических основ памяти у млекопитающих предпринял в 1920-е годы гарвардский профессор Карл Лешли. Согласно его рассуждениям, если он может обучить лабораторную крысу чему-нибудь новому, например преодолевать лабиринт, то мог бы, видимо, в нужном месте стереть этот фрагмент ее памяти, сделав надрез на маленьком участке мозга. Все, что ему оставалось, — отыскать это магическое местечко, изъять его и показать, что крыса утратила воспоминания о правильном маршруте через лабиринт.

Лешли натренировал два десятка особей преодолевать ходы лабиринта. Затем у разных особей надрезал скальпелем кору мозга в разных местах. Дав крысам время оправиться, он снова проверил их на знание прохода через лабиринт, чтобы определить, повреждения в каких участках лишают крыс приобретенного знания.

Эксперимент провалился: все крысы прекрасно помнили, каким маршрутом бежать. Однако провал обернулся долгоиграющим успехом. Лешли сообразил, что память у крыс локализована не на каком-то одном участке коры, а, напротив, широко распределена. Его эксперимент доказал, что в мозге нет отдельной отвечающей за память структуры. Память не хранится в подобии картотечного шкафа, а скорее напоминает распределенные облачные вычисления — примерно так же ваша электронная почта рассеяна по серверам всей планеты, зачастую даже избыточно.

Но тогда каким образом воспоминание — чье-то имя, маршрут лыжной прогулки или фрагмент музыкального произведения — записывается в широко раскинувшиеся сети из миллиардов нейронов? Какой язык программирования переводит область пережитого в область физического выражения?

В XIX веке, еще до появления микроскопии высокого разрешения, господствовало представление, что нервная система, образуемая мириадами пронизывающих тело проводящих путей из нервных волокон, являет собой такую же непрерывную сеть, какую образуют кровеносные сосуды. Данная точка зрения не подвергалась сомнениям до начала XX века, когда Сантьяго Рамон-и-Кахаль пришел к мнению, что мозг представляет собой коалицию миллиардов дискретных структурных единиц — клеток. Следовательно, нервная система — это, образно выражаясь, не магистральное шоссе, а мешанина из множества сообщающихся локальных дорог. Рамон-и-Кахаль назвал свою концепцию нейронной доктриной, за которую в 1906 году удостоился одной из первых Нобелевских премий в области физиологии и медицины (разделив ее с итальянским врачом и ученым Камилло Гольджи). Нейронная доктрина поставила новый вопрос: если клетки мозга изолированы друг от друга, то как они общаются? Ответ нашелся быстро: они соединяются в специализированных участках, синапсах. Рамон-и-Кахаль предположил, что обучение и запоминание могут происходить за счет перемен в силе синаптических связей.