Физическая основа памяти

Физической основой памяти и способностью к обучению служат изменения эффективности нейронов и синаптических связей между ними при повторной стимуляции. Однако система памяти человеческого мозга отличается от двоичной системы памяти компьютера: элементы информации извлекаются не с помощью обращения к постоянному адресу их хранения - адрес можно изменять в зависимости от ассоциации идей, которые являются своего рода голограммами информации. В компьютере каждая хранящаяся в его памяти единица информации имеет свой определенный адрес - код, который нужно знать для ее извлечения.

Биологическая же память тоже использует адреса, но варьирует их в зависимости от ассоциаций мыслей, меняющихся у разных людей в разное время. Следовательно, изменения в мозгу при получении и переработке информации в процессе обучения или запоминания, «следы памяти», или, как их назвал канадский психолог Д. Хебб, энграммы, носят не локализованный, а распределенный характер. Они представлены не в отдельных «ячейках памяти», а в виде некоторых состояний системы мозга. Поэтому при повреждениях или разрушениях отдельных участков мозга хранящаяся в памяти информация обычно не утрачивается совсем, хотя и извлечение ее становится менее эффективным.

Таким образом, человеческая память непредставима моделью компьютера. Она закодирована в десяти миллиардах нервных клеток, образующих наш мозг, и триллионах связей между ними - синапсов. Число нейронов в мозгу любого человека втрое больше, чем число живущих на Земле людей, а если учесть число синапсов (около 10¹⁴ - 10¹⁵), то их больше в сто тысяч раз по сравнению с численностью населения во всем мире. Предположив образование одного синапса в секунду, можно подсчитать, что потребуется от 3 до 30 миллионов лет, чтобы закончить подсчет. Как сказал С. Роуз, «этого вполне достаточно, чтобы хранить воспоминания обо всей прошедшей жизни...».

Структурные изменения в нервной системе (рост отростков в нейронах, возникновение новых связей и лавинный характер передачи информации через нейроны) дают возможность обучения и хранения «следов памяти». Изменения в поведении, возникающие в результате опыта, развиваются на основе обучения и запоминания и могут быть закреплены на структурном уровне. Предполагается, что в процессе обучения центры памяти и обучения начинают работать синхронно, и между нейронами, задействованными при обучении и запоминании, усиливаются биохимические связи. Нужно отметить, что и на этом уровне реализуется принцип оптимальности информации в условиях дефицита энергии путем самоорганизации.

Можно предположить, что образование следов в памяти является живым процессом, который изменяется и наполняется новым содержанием каждый раз, когда мы его оживляем. Эффективность этого процесса возникновения энграмм определяется «усилением» работы синапсов. Схематически это выглядит так: если два нейрона, соединенные синапсом, подвержены одновременной стимуляции, то синапс становится «сильнее» и легче передает сигнал от одного нейрона к другому. Если синапс станет более сильным, стимуляция только одного нейрона вызовет разряд и в другом, между ними установится ассоциативная связь. Такое упрощенное представление позволяет понять, почему активация каким-то стимулом одного нейрона может вызвать в памяти нечто иное, обусловленное активностью другого нейрона.

Сейчас установлено, что существуют две формы памяти: лабильная кратковременная и постоянная долговременная. Кратковременная - это такая память, в которой следы появляются сразу же, она зависит от электрической активности нейронов мозга и если активность прерывается, то следы исчезают. Через некоторое время следы могут перейти в долговременную память - так сказать, в «отдел» длительного хранения. Здесь уже информация не утрачивается после прекращения электрической активности нейронов. Она теперь закреплена в нервных связях и может храниться долго, иногда всю жизнь. Как отмечает К. Бауле, «воспоминания - это информация, закодированная в нейронах», и физические структуры нашего мозга наполнены образами недавних, отдаленных и представимых нами будущих событий. По мнению К. Баулса, эти структуры и вызывают иллюзию течения времени. Существует еще деление на эйдетическую (образную), зрелую, словесную, зрительную память, память о недавнем и давно прошедшем, процессы узнавания и воспоминания. Отметим, однако, лишь, что запрограммированная в молекулах ДНК генетическая информация, можно сказать, контролирует каждый шаг нашей жизни, является сконцентрированной в молекулярной записи наследственной памятью прошедших веков эволюции. Об этом образно сказал в романе «Лезвие бритвы» российский писатель и геолог И.А. Ефремов (1907-1972):«Наследственная память человеческого организма это результат жизненного опыта неисчислимых поколений, от рыбьих наших предков до человека, от палеозойской эры до наших дней. Эта инстинктивная память клеток и организма в целом есть тот автопилот, который автоматически ведет нас через все проявления жизни, борясь с болезнями, заставляя действовать сложнейшие автоматические системы нервной, химической, электрической и невесть какой еще регулировки. Чем больше мы узнаем биологию человека, тем более сложные системы мы в ней открываем».

Можно разделить память еще на две формы, позволяющие отличить память человека и память животных. Из повседневной жизни нам хорошо известно, что домашние животные, собаки и кошки ведут себя так, как будто имеют память. Собаки узнают своих хозяев и отличают от незнакомых людей. Кошки, научившись открывать дверь, «запоминают» это на всю жизнь и постоянно пользуются своим уменьем. Это память, связанная с приобретением навыков, условных рефлексов, запоминающихся реакций на окружающую среду и требующих ответного действия, так сказать, память действия, моторная память. Она называется процедурной памятью и проявляется у человека в виде навыков движения (бег, плавание, лыжи, велосипед и т.д.).

Об отличии животных и человека остроумно заметил русский марксист Г.В. Плеханов (1856-1918):«Собака не умеет ошибаться, зато она не умеет решать дифференциальные уравнения». Однако человеку присуща и декларативная, абстрактная память, память на названия, которой нет у животных. Это различие связано с различиями устройств мозга животных и человека. Мозг животных не способен к образованию абстрактных понятий и воссозданию в голове идеально отсутствующей ситуации. Имеются, тем не менее, некоторые экспериментальные наблюдения, свидетельствующие о зачатках памяти у животных, похожей на память человека. Так, волк, бегущий по одну сторону забора и желающий схватить зайца, убегающего от него по другую сторону, не пытается пролезть в щель, а «соображает», что можно поймать зайца, когда забор кончится, и бежит именно к концу забора.

Иначе устроен мозг человека, способный к обобщению внешних данных, образованию абстрактных понятий и воссозданию идеальных ситуаций, а не просто прямому восприятию окружающей ситуации. Заметим также, что чем ближе находятся организмы по уровню своего развития, тем полней может быть передача состояний от одного к другому. Именно по этой причине затруднена передача состояний посредством языка между человеком и животными.

С физической точки зрения возможность передачи состояний через код по нервной системе - это важный фактор, объединяющий компоненты высокоорганизованных систем, и на высших уровнях организации играет ту же роль, что химическая связь на атомном уровне. В этом смысле можно в шутку провести и такую аналогию: нейрон - как атом, а синапсы - как электроны. Раскрытие механизмов памяти еще далеко не закончено. Можно, например, выделить еще три формы биологической памяти: генетическую, открытие и расшифровку которой осуществила молекулярная биология; обычную, которая является функцией мозга (именно о ней и шла речь в этом разделе); и иммунологическую.

«Обычная» память, по-видимому, проявляется в топографической схеме связей между нейронами и в динамике нейронной системы. «Освоение» мозгом полученной информации должно сопровождаться изменением электрической активности нейронов, соединенных изменившимися синапсами. Еще раз подчеркнем, что понимание памяти возможно на пути исследования мозга как целой самоорганизующейся системы, в которой постепенно происходят организация порядка из хаоса и обратные переходы от порядка к хаосу. Для этого понимания необходимо объединить в холистическом подходе разные методы познания человеческого организма: морфологию, описывающую изменения в пространстве; биохимию, описывающую состав на молекулярном уровне; физиологию, динамично описывающую изменения во времени.