Сергей Савельев - Происхождение мозга

7. Хронометраж памяти осуществляется по скорости забывания и событиям. Реального счётчика памяти нет, но его заменяет скорость забывания. Память о любом событии уменьшается обратно пропорционально времени. Через 1 ч забывается 1/2 от всего попавшего в память, через 1 сут — 2/3, а через мес — 4/5. Жизнь животного и человека в воспоминаниях делится не на условные отрезки (годы, месяцы, дни), а на события, которые являются маркёрами времени.

Перечисленный набор свойств памяти хорошо известен. Попробуем понять принципы её устройства, исходя из биологической целесообразности результатов её работы.

О памяти и мышлении не приходится говорить на примере губок, хотя они и проявляют генерализованные реакции на раздражение. Губки не обладают нервной системой, хотя электрическая стимуляция может вызывать быстрое закрытие всех оскулумов. Столь же сомнителен анализ мышления на примере кишечнополостных, хотя элементарные способности к научению известны и у актиний. Животные с более или менее продолжительной памятью обычно имеют нервную систему с выраженными скоплениями нервных клеток, поэтому принципиальным этапом в эволюции нервной системы было достижение высокой концентрации нервных элементов в одном месте — ганглии. Сконцентрированные нейроны смогли сохранять остаточное возбуждение и передавать друг другу информационные сигналы уже в отсутствие первичного сенсорного возбуждения. Этот след от воздействия, вызванного механическим, химическим или электромагнитным раздражением, стал сохраняться некоторое время, передаваясь от клетки к клетке (рис. I-21).

Многочисленные вставочные нейроны образовывали функциональные замкнутые или распределённые сети, которые могли поддерживать однажды полученный сигнал. Воздействие прекращалось, но из-за инерционности системы сигнал ещё передавался между клетками. Такое остаточное возбуждение и является первым признаком памяти.

Похожую ситуацию мы видим у одноклеточных. Инертные химические процессы в цитоплазме долго поддерживают реакцию на раздражитель, что ошибочно принимается за научение. У одноклеточных это просто длительная химическая реакция, а в нервной системе это энергозависимый процесс передачи сигналов между нейронами. Как только такое остаточное циклическое возбуждение стало сохраняться достаточно долго, чтобы дождаться нового похожего внешнего сигнала, возникла память. Для нового сигнала уже не надо проходить весь аналитический путь и формировать поведенческие программы для ответа на раздражение. Рецепторный путь и реакция на него уже готовы и хранятся в возбуждении, оставшемся от предыдущего события. Следовательно, для появления простейшей памяти необходимы довольно часто повторяющиеся одинаковые раздражения, что, собственно, и происходит при элементарной зубрёжке. Физические компоненты памяти состоят из нервных путей, объединяющих одну или нескольких клеток (см. рис. I-21, а). В них входят зоны градуального и активного проведения сигналов, различные системы синапсов и тел нейронов. Представим себе модельное событие. Животное, обладающее развитым мозгом, впервые столкнулось с новой, но достаточно важной ситуацией. Через несколько сенсорных входов животное получило разнородную информацию. Её анализ завершился принятием решения, реализованного при помощи скелетной мускулатуры. При этом результат полностью удовлетворил организм. В нервной системе сохранилось остаточное возбуждение — движение сигналов по цепям, которые использовались при решении проблемы (см. рис. I-21, б). Это «старые цепи», которые существовали до ситуации с необходимостью запоминать новую информацию. Поддержание циркуляции разных информационных сигналов в рамках одной структурной цепи крайне энергозатратно, поэтому сохранение в памяти новой информации обычно затруднительно. Во время многочисленных повторов ситуации могут образоваться новые синаптические связи между клетками блока памяти, и тогда полученная информация запомнится надолго (см. рис. I-21, б, в). Она будет отведена от «старых цепей» и начнёт циркулировать на «собственном физическом носителе». Это не значит, что путь её движения затем не используется для других процессов запоминания (см. рис. I-21, в).

Рис. I-21. 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-а (голубые стрелки).

Иначе говоря, если аналогичная ситуация быстро сложится вторично, то циклы остаточного возбуждения получат дополнительный импульс для сохранения. При повторе циклическая сеть распадётся на сенсорные, ассоциативные и моторные зоны отсроченного возбуждения. Они уже не связаны между собой, но целостная цепь может быть легко восстановлена при повторе ситуации. При этом восстановление существовавшего цикла возбуждений может произойти при стимуляции двигательного, сенсорного или ассоциативного центра. Поскольку каждый из этих центров достаточно автономен, может сложиться ситуация, когда в одних участках мозга остаточное возбуждение полностью исчезнет, а в других сохранится. Извлечение из памяти почти забытого события также возможно, но оно потребует, например, специфического движения, которое восстановит весь цикл. Таким образом, запоминание — это сохранение остаточной активности участка мозга. Память тем лучше, чем больше клеток вовлечено в этот процесс. Чем разнообразнее структура информации, тем больше центров и клеток участвует в её хранении. Как правило, в процесс запоминания включены сенсорные, аналитические и эффекторные системы, поэтому яркие воспоминания вызывают характерные движения глаз и различную непроизвольную моторную активность.