Обучение и память
Ваш мозг располагает беспредельной на первый взгляд емкостью для новой информации и содержит несколько отчетливых подсистем для узнавания и хранения данных разных типов. Клеточная основа обучения и памяти изучается нейробиологией едва ли не активнее всего остального — ей посвящены десятилетия научной работы, показавшей, что от познания физическое устройство мозга меняется.
Мозг наделяет нас поразительной способностью хранить, казалось бы, неограниченные объемы информации, дает нам возможность приобретать новые навыки, вспоминать фактическое знание и жизненные события и, учась на собственном опыте, изменять свое поведение. Познание и память пристально изучают более сотни лет, и мы знаем о существовании нескольких разновидностей и того и другого. За последние полвека в нашем понимании клеточных механизмов познания и памяти произошло несколько мощных прорывов, и ныне бытует устойчивое мнение, что оба процесса связаны с упрочением связей между нейронными сетями.
Озадаченные коты и голодные псы
Оперантное научение (условный рефлекс) — форма обучения, при которой поведение видоизменяют через его последствия. Впервые его исследованием занялся американский психолог Эдвард Торндайк; он помещал котов в специальный ящик и наблюдал за попытками животных выкарабкаться и добраться до еды. Коты пробовали разные способы сбежать, пока не натыкались на рычаг, открывавший дверку. Их вновь сажали обратно, и с каждым разом коты выбирались все быстрее, поскольку научались связывать нажатие на рычаг с благоприятными последствиями. Основываясь на этих наблюдениях, Торндайк предложил закон эффекта, который гласит, что любое поведение с приятными последствиями скорее всего будет повторено — в отличие от поведения с неприятными последствиями.
Бихевиорист Беррес Ф. Скиннер впоследствии подробно объяснил оперантное научение, применив концепцию поощрения и наказания. Положительное подкрепление (поощрение) награждает поведение и тем самым поддерживает его, тогда как отрицательное подкрепление поддерживает поведение, устраняющее неприятный раздражитель. К примеру, если крыса получает еду за каждое нажатие на рычаг, едой нажатие на рычаг подкрепляется положительно. Если же, напротив, нажатием на рычаг крыса предотвращает удар током, это отрицательное подкрепление того же самого нажатия на рычаг. Наказание имеет противоположный эффект и ослабляет проявленность поведения, поскольку оно ассоциируется с неприятными раздражителями.
«Поведение формируется и поддерживается его последствиями» Беррес Фредерик Скиннер (1904-1990), американский психолог, изобретатель, писатель
Еще одна форма обучения — классический условный рефлекс, случайно открытый русским физиологом Иваном Петровичем Павловым. Павлов изучал пищеварение у собак и заметил, что слюноотделение у них начинается перед приемом пищи. В ставших впоследствии знаменитыми экспериментах Павлов, кормя подопытных собак, звонил в колокольчик. После нескольких повторов сочетания «еда — колокольчик» животные научились ассоциировать эти два раздражителя, и слюноотделение у них начиналось по звонку колокольчика. Если же колокольчик звенел, а еды не появлялось — и так несколько раз подряд, — условный рефлекс (слюноотделение по колокольчику) исчезал.
И оперантное обусловливание, и классический условный рефлекс применимы и для воздействия на поведение человека. К примеру, классический условный рефлекс — основа терапии отвращения, лечения, при котором пациент учится ассоциировать нежелательное поведение с неприятными раздражителями. Алкоголикам часто дают рвотные лекарства, от которых их начинает тошнить, стоит им выпить алкоголь, — есть надежда, что такая связка двух событий поддержит алкоголика в решимости бросить пить.
Творим воспоминания
Существует несколько разных видов памяти, и каждый зависит от определенного набора систем хранения и извлечения воспоминаний. Гиппокамп — необходимая для памяти и вспоминания структура мозга, однако нам известно, что долговременное хранение воспоминаний задействует еще и лобную кору, а вспоминание со временем все больше зависит от лобной коры и все меньше — от гиппокампа.
Декларативная память — память на факты и знание. Она позволяет нам помнить, к примеру, что Лондон — столица Великобритании, а Джордж У Буш — бывший президент США; в основном она зависит от гиппокампа.
Эпизодическая память — память на житейские события. Благодаря ей мы помним события детства, а также что мы ели вчера на завтрак; она связана с гиппокампом и корой лобных долей.
Процедурная память занята нашими навыками — как что делается: как ездить на велосипеде, водить машину или играть на музыкальном инструменте. Поначалу обучение этим навыкам требует больших усилий, зато потом они становятся автоматическими. Процедурная память зависит от мозжечка и полосатого тела.
Семантическая память — память на значения и понятия, нужна для процессов типа чтения и зависит от нашей способности запоминать значения слов. Семантическая память задействует гиппокамп и кору лобных долей.
Пространственная память — разновидность памяти, записывающая информацию о нашем окружении и соотнесенности предметов и объектов окружающей среды друг с другом. Она в основном зависит от структур средней височной доли рядом с гиппокампом.
Зарядка для синапсов
Ныне представляется, что и обучение, и память связаны с упрочением синаптических связей. Долговременная потенциация — один из механизмов реализации этого упрочения, она была открыта в экспериментах на срезах мозга кролика: аксоны мозга стимулировали электродами, погружая их в гиппокамп одновременно с получением клетками сигналов от аксонов. Стимуляция клеток разом заставляет их откликаться синхронно, что усиливает перекличку между ними на целые дни или даже недели настолько, что и одиночный разряд, приложенный к аксонам позднее, вызывает мощный отклик у клеток далее по цепи. Такое усиление переклички осуществляется несколькими механизмами. Пресинаптические клетки могут выделять больше нейромедиаторов, например, а постсинаптические — дополнительные рецепторы в мембрану. Мы к тому же знаем, что обучение и опыт могут приводить к формированию совершенно новых синапсов, провоцируя образование дендритных шипиков — крохотных отростков, похожих на грибы, производящих синаптическую передачу.
Проклятие или благословение?
Гипертиместический синдром, или исключительная автобиографическая память, — расстройство, при котором человек буквально не может забыть ничего, что происходило с ним в жизни. Впервые это явление описали в 2006 году, и оно, судя по всему, очень редкое; на сегодня имеется всего несколько десятков документально подтвержденных случаев.
Люди с гипертиместическим синдромом посвящают массу времени размышлениям о своем прошлом и располагают поразительной способностью вспоминать почти каждый день жизни с идеальной точностью. К примеру, они могут потрясающе подробно рассказать, что они делали в такой-то день в 1982 году и каковы были новости того дня. Это свойство памяти может мешать и вредить в повседневной жизни. Отчего оно возникает, пока точно не известно, однако в исследовании, опубликованном в 2012 году, показано, что гипертимезия связана с особенностями устройства мозга. У пациентов с этим расстройством больший объем серого вещества в участках мозга, связанных с автобиографической памятью, и усиленная связь между этими участками и лобными долями.