Биологическое значение памяти
Накопление, хранение и воспроизведение в сознании информации – общие свойства нейронных сетей. Невозможно переоценить биологическое значение этих процессов для адаптации индивидуального поведения к окружающей среде.Без способности к научению и памяти ни отдельная особь, ни вид в целом не могли бы выжить, поскольку оказались бы невозможными как планирование успешных действий, так и преднамеренное избегание ошибок. Соответственно, в последние десятилетия нейробиологи уделяли этим процессам много внимания. Было обнаружено, что запоминается лишь ничтожная доля общей осознаваемой сенсорной информации. С другой стороны, большинство накопленных сведений со временем, несомненно, забывается. Без таких механизмов отбора и забывания информации мы были бы буквально затоплены ее непрерывным потоком; результаты этого процесса были бы такими же катастрофическими, как и отсутствие способности к научению и памяти.
По длительности хранения информацииразличные авторы выделяют несколько видов памяти, однако продолжительность КАЖДОГО ИЗ НИХ? не согласуется в разных классификациях. Выделяют также сенсорную память (неточное название – «иконическая память»), которая соответствует длительности ощущений после прекращения действия сигнала, например звука, света.
Во-первых,«сенсорную память» необоснованно называют особым видом памяти, так как нет воспроизведения в сознании информации или опыта (воспоминания), а есть продолжение ощущения после выключения раздражителя – как результат инерционности анализаторов, например, ощущение прикосновения, которого уже нет.
Во-вторых,все противоречия о длительности хранения информации можно исключить, положив в основу классификации не длительность хранения информации, а механизмы – электрофизиологические процессы, биохимические реакции и структурные изменения в нейронах и синапсах ЦНС. При этом идея длительности хранения информации (кратковременная, промежуточная и долговременная память)также сохранится.
Кроме того, в раннем онтогенезе следует выделить память импринтинга (момент запечатления). Механизмы импринтинга связаны с экспрессией в нейронах мозга специфических ранних генов – c-fos и c-jun, функцией которых является перестройка работы генетического аппарата нервных клеток под влиянием запечатлеваемого воздействия. По механизму импринтинга запечатляется у взрослых животных действие жизненно значимых подкрепляющих факторов. По мере индивидуального развития животных механизм импринтинга все больше уступает место другим механизмам памяти.
ВИДЫ ПАМЯТИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
1. Кратковременная память обеспечивает удержание и воспроизведение оперативной информации. Ее объем составляет примерно 7±2 единицы. Основным свойством данной разновидности памяти является ее непродолжительность. Хранение информации в кратковременной памяти длится секунды, минуты.
Механизм кратковременной памяти. Единой теории до сих пор не существует. Однако ясно, что запоминание любой информации начинается с электрофизиологических процессов в нейронных сетях головного мозга, выделение различных медиаторов в синаптическом аппарате мозга. Поэтому можно утверждать, что в основе механизма кратковременной памяти лежит импульсная активность нейронов и, в частности, циркуляция возбуждения по замкнутым нейронным цепям.
Большую роль для выяснения механизмов памяти сыграло применение в лечебных целях электрошока – сильного электрического воздействия на головной мозг. Как выяснилось, после электрошока, так же как и после механической травмы мозга в результате сотрясения, наркоза, наблюдается ретроградная амнезия, проявляющаяся в том, что человек полностью забывает о событиях, предшествовавших электрическому или механическому воздействию на мозг. По длительности ретроградной амнезии можно получить представление о времени консолидации памяти (лат. consolidatio – упрочение, укрепление, объединение) – времени перехода кратковременной памяти в долговременную.Консолидация памяти начинается обычно через несколько минут, иногда через несколько десятков минут(в опытах на крысах, у которых после выработки условного рефлекса вызывали электрошок, приобретенный навык сохранялся, если электрошок проводился через 10 и более минут после начала обучения, при более раннем воздействии на мозг навык исчезал).
Наблюдения за развитием состояния ретроградной амнезии у человека привели к формулировке одной из первых гипотез о механизме кратковременной памяти – гипотезе реверберации (циркуляции) возбуждения по замкнутым цепочкам нейронов. Считают, что в замкнутых нейрональных цепочках циркуляция длится минутами, сохраняя информацию в виде последовательности импульсов, передающихся от нейрона к нейрону. Допускают, что пока циркуляция продолжается, сохраняется нейрональный след о воздействии того или иного раздражителя на организм в прошлом. С позиций гипотезы реверберации легко объясняется феномен ретроградной амнезии. Полагают, что развитие амнезии при травмах головного мозга, при электрошоке возникает вследствие грубого нарушения ритмической активности в цепочках взаимосвязанных нейронов.
Гипотеза реверберирующего возбуждениясогласуется с нашим повседневным опытом, свидетельствующим о том, что для обучения необходима практика, т. е. неоднократное «пропускание» материала через сознание. Согласно морфологическим и электрофизиологическим данным, подобная реверберация по крайней мере возможна. Так, при выработке инструментальных условных рефлексов усвоение навыка сопровождается вполне определенными изменениями ЭЭГ (в частности, амплитуды вызванных потенциалов).
Результаты исследований подтверждают представление об электрофизиологическом происхождении кратковременной памяти (ВПСП, ПД, медиаторы), поэтому ее можно назвать электрофизиологической памятью.
2. Промежуточная память – это процесс перевода кратковременной памяти в долговременную (консолидация памяти), который продолжается несколько часов. Следы кратковременной памяти становятся устойчивыми через 4 ч. Таким образом, длительность промежуточной памяти от нескольких минут до 4 ч. На данном этапе электрофизиологические процессы запускают с помощью вторых посредников биохимические реакции. Поэтому данный период переработки поступившей информации и запоминания ее следует назвать нейрохимической памятью. По длительности хранения информации ее следует назвать промежуточной памятью (между кратковременной и долговременной). В этот период экстремальные воздействия (наркоз, сотрясение мозга и др.) еще способны стереть память. Введение крысам блокатора синтеза ДНК – азидотимина – препятствует переходу промежуточной памяти в долговременную. Этот вид памяти изучен пока очень слабо.
3. Долговременная память. Ее основой являются структурные изменения в нейронах, длительность: часы, дни и на протяжении всей жизни при повторении информации, ее объем практически безграничен. Долговременная память устойчива к мозговым нарушениям. Она формируется с помощью кратковременной и промежуточной памяти, при этом важную роль играют синаптические процессы.Важную роль в консолидации памяти играют нейропептиды. Показано, что пептиды могут находиться в пресинаптических терминалях в качестве сопутствующих медиаторов. Например, вместе с норадреналином часто выделяются нейропептид Y, опиоидные пептиды, соматостатин. Дофамин часто выделяется окончаниями аксонов вместе с холецистокинином, энкефалином; ацетилхолин – с вазоактивным интестинальным пептидом, энкефалином, люлиберином; серотонин – с веществом Р, тиреолиберином, холецистокинином (И. П. Ашмарин). Доказано, что выделение пептидов в пресинаптических окончаниях зависит от частоты работы нейрона, при этом избыточное выделение пептида-спутника всегда наблюдается при усилении активности нейронов.
Роль синтеза белка. Активно разрабатывается гипотеза X. Хидена о белковой природе памяти, согласно которой процесс фиксации информации в нервной клетке находит отражение в синтезе белка, в молекулу которого вводится соответствующий следовой отпечаток изменений молекул РНК. При этом молекула белка становится чувствительной к специфическому узору импульсного потока, т. е. она узнает афферентный поток импульсов. Гипотеза о белковой природе долговременной памяти подтверждается экспериментально.
Так, если синтез белка, обычно начинающийся в мозгу животного во время сеанса выработки условного рефлекса и длящийся много часов, блокировать, долговременного научения не произойдет. Его подавление не влияет (по крайней мере, в опытах на животных) на кратковременную память. Это еще один важный аргумент в пользу того, что механизмы кратковременной и долговременной памяти различны. Однако процессы перевода информации из одной формы в другую остаются невыясненными. На основании изложенного все виды памяти по механизмам их формирования обоснованно назвать: электрофизиологическая (кратковременная), нейрохимическая (промежуточная) и структурная (долговременная) память.
Гиппокамп выступает первым пунктом конвергенции условных и безусловных стимулов, он обеспечивает консолидацию памяти − перевод кратковременной памяти в долговременную.
Мозг работает как единое целое, но имеется и специализация − конкретный процесс научения затрагивает определенную популяцию нейронов и областей мозга. Так, височная кора участвует в запечатлении и хранении образной информации, патология височной коры ведет к потере долговременной памяти. При нарушении лобных долей отмечаются затруднения в организации действий, легкая отвлекаемость.
Интеллект − это совокупность всех познавательных функций индивида: от ощущений и восприятия до мышления и воображения. Интеллект – основная форма познания человеком действительности. Познавательная деятельность начинается с ощущений и восприятия. Однако чувственная картина мира, которую дают ощущения и восприятие, недостаточна для его глубокого, всестороннего познания. В чувственной картине непосредственно наблюдаемой действительности не представлены сложнейшие взаимодействия различных предметов, событий, явлений. Распутать этот «клубок» связей и зависимостей помогает мышление. Оно начинается там, где оказывается бессильным чувственное познание. Мышление продолжает и развивает познавательную работу ощущений, восприятий и представлений, выходя далеко за их пределы. В реальной познавательной деятельности каждого человека чувственное познание и мышление непрерывно переходят одно в другое и взаимообусловливают друг друга.
Интеллект нередко трактуют как способность к обучению. И хотя связь интеллекта с обучением подтверждается большинством исследователей, далеко не всё здесь ясно. Например, экспериментально было показано, что в разряд слабоуспевающих могут попадать лица с достаточно высоким уровнем интеллекта. Это может быть объяснено отсутствием мотивации к обучению, стремления к овладению знаниями. Отмечено, что для женщин характерна более непосредственная, прямая зависимость между уровнем интеллекта и успешным обучением в вузе, у мужчин на успеваемость значительно чаще влияют другие причины. Будучи основной формой познания действительности, интеллект обеспечивает адаптацию человека к изменяющимся условиям среды, активное овладение закономерностями окружающей действительности. По сути, интеллект выступает как способность думать рационально, действовать целеустремлённо и взаимодействовать со своим окружением эффективно.
Интеллект формируется в ходе освоения человеком общественного опыта, в результате его деятельности и общения. Особую роль в формировании и развитии интеллекта ребёнка играют целенаправленные воздействия взрослого в форме обучения и воспитания. Специальные научные наблюдения и исследования фиксируют неравномерность интеллектуального развития: ускорение или замедление умственного роста, неожиданные его подъёмы или задержки. Хорошо известны случаи, когда ребёнок очень быстро развивается в интеллектуальном отношении и при прочих равных условиях далеко опережает сверстников. В каждом поколении встречаются дети с ранним развитием умственных способностей. Однако не всегда ранние успехи являются залогом больших достижений в будущем. Нередко у «вундеркиндов» отмечается последующее замедление и «выравнивание» интеллектуального развития. Вместе с тем известно другое: многие выдающиеся люди были вундеркиндами. Судя по всему, опережение сверстников в детстве может указывать на перспективный вариант интеллектуального развития.
Достаточно известен прямо противоположный тип интеллектуального развития: несколько замедленный, растянутый, когда исподволь, постепенно происходит накопление определённых достоинств интеллекта. Отсутствие ранних достижений отнюдь не означает, что предпосылки очень больших или выдающихся способностей не смогут выявиться в дальнейшем. В этом убеждает пример Альберта Эйнштейна, чьи школьные успехи были очень скромны.
Отмечено, что различные интеллектуальные функции «созревают» в разное время. Более высокие их показатели обнаруживаются в молодом возрасте (25–34 года). Однако лексические способности достигают максимума в 40 лет, а слуховая чувствительность – в 20. Исследования людей умственного труда, интеллектуальные функции которых постоянно тренируются, показали, что различные параметры интеллекта, достигающие оптимума в ранней молодости, могут возрастать в зрелые годы до 50 лет и снижаются лишь к 60 годам. Но и это не предел. Уровень интеллектуальной работоспособности определяется не только родом занятий, но и образом жизни. Выдающиеся деятели науки и культуры Вольтер, И. В. Гёте, В. Гюго, В. Шоу, Т. Эдисон, Л. Н. Толстой, И. И. Мечников, И. П. Павлов, М. С. Сарьян и другие активно работали до последних лет жизни, в которой значительное место занимали физический труд, физические упражнения, туризм, охота.
Интеллектуальный труд, связанный с необходимостью усвоения и переработки большого количества информации, принятия ответственных решений, отличается повышенными требованиями к психической устойчивости. Организм человека не выработал реакций, надёжно предохраняющих центральную нервную систему от перенапряжения. Поэтому наступление нервно-психического (умственного) утомления, в отличие от физического (мышечного), не снимается автоматическим прекращением работы и может вызвать перевозбуждение, невротические сдвиги, которые, накапливаясь и углубляясь, приводят к заболеванию человека.