Последние исследования физиологии памяти, механизмов хранения, извлечения и воспроизведения информации. Способность к запоминанию, зависимость процессов памяти от предлагаемых обстоятельств.
Стенограмма 2-й лекции Константина Владимировича Анохина, вышедшей в эфир на телеканале «Культура» в рамках проекта «ACADEMIA».
Я бы хотел сейчас продолжить рассказ о памяти, но обратиться к другой стороне памяти. Ведь память — это не свойство молекул, или даже не свойство контактов между нервными клетками, изменяющимися в результате опыта. Да, она зависит от работы генома нервных клеток, как мы видели в прошлый раз, но память, как и другие психологические функции мозга, — это производное от одновременной работы миллионов и миллионов нервных клеток. И чтобы понять, что такое память, мы должны понять, как устроены эти системы нервных клеток, хранящие следы памяти.
Вот интересно, что изучение молекулярной биологии памяти неожиданным образом пролило свет и на проблемы того, как память работает в целом мозге. Потому что достаточно давно известно, что человеческая память делится на несколько разных систем. Некоторые из форм памяти сильно зависят от сознания, некоторые из них являются бессознательными, и мы автоматически воспроизводим эти навыки, например, навыки, приобретаемые в результате длительного обучения. Среди памяти, которая доступна нашему сознанию, мы можем выделять память, связанную с событиями и фактами, то, что мы произвольно извлекаем из нашего прошлого опыта, и это получило название семантической памяти. Мы можем вспоминать целые эпизоды прошедшего в их последовательности и развертывании — это получило название эпизодической памяти.
И исследованиями клиницистов было обнаружено, что у человека при тех или иных повреждениях головного мозга могут страдать одни, но не другие формы памяти. Например, при повреждении структуры мозга, которая называется гиппокамп, нарисован вот здесь, у человека нарушается возможность запоминать новую информацию, нарушается память о нескольких годах, предшествующих этому повреждению, но удивительным образом сохраняются многие способности вырабатывать навыки. И тогда у таких пациентов, несколько из которых подробно исследовали нейропсихологи и психологи, возникает странное состояние, когда они учатся каким-то вещам, но абсолютно не помнят, что они приобретали эти навыки.
Например, наш знаменитый психиатр и один из пионеров изучения памяти Сергей Сергеевич Корсаков писал, описывания синдромы нарушения памяти у человека, что эти пациенты, кажется, ничего не помнят в таком состоянии, но, находясь в клинике, Корсаковской клинике, клиника, которая носит его имя, они за время нахождения изучают расположение комнат, месторасположение столовой и способны находить свой путь в этих, довольно запутанных лабиринтах коридоров клиники. Точно так же пациенты клиники с повреждением гиппокампа, не помня, что они учились чему-то, способны решать сложные лабиринтные задачи перехода из одной точки в лабиринте в другую, или чтение слов задом наперед, или решение головоломок, отрицая, что они когда-либо это видели.
Некоторые формы памяти, такие как прайминг, не осознают, но, тем не менее, способны влиять на наше последующее восприятие и поведение. Прайминг — это свойство нервной системы запоминать некие сенсорные характеристики окружающего мира или воздействие на мозг, реагируя на них неосознанно, как на знакомое, по сравнению с тем, что не было. Например, если человеку читают слова, заканчивающиеся разным образом, а потом, через некоторое время дают посмотреть на слово, начинающееся и имеющее несколько вариантов окончания, то он, скорее всего, закончит его тем образом, которым он видел слово в первом тесте.
Интересно, что прайминг, например, не нарушается при повреждении гиппокампа, и пациент не помнит, что ему показывали эти слова, но заканчивает их ровно так, как нужно. Есть даже некоторые исследования, показывающие, что при наркозе во время операции, если человеку читать этот лист, то, когда он пробуждается от наркоза, он будет заканчивать слова неоднозначного окончания тем образом, которым он слышал слова под наркозом.
Как устроены все эти системы памяти в мозге, можем ли мы увидеть следы работы памяти в мозге, можем ли увидеть следы самой памяти в мозге? Оказалось, что те методы, которые были использованы для изучения памяти у животных, для изучения молекулярной биологии памяти, подходят для того, чтобы визуализировать след памяти в целом мозге. Потому что работа генов в момент запоминания происходит только в отдельных клетках. Вот желтым здесь показаны нервные импульсы, бегающие по многим сетям нейрона, а красным — активация гена в одном из нейронов огромной сети, которая, на самом деле, продолжается далеко-далеко и складирует миллионы клеток, связанным с запоминанием новой информации.
Значит, если бы мы могли увидеть все клетки, которые включили этот ген, когда животное сталкивалось с чем-то новым, например, мышь-девушка увидела понравившегося ей мыша-юношу. И это целый комплекс ощущений, который связан для мышей в значительной степени с обонянием, зрительными и другими вещами, можем мы увидеть свет этой памяти? Оказывается, можем.
И у нейрофизиологов давно существовала мечта, вот, если бы сделать мозг прозрачным и смотреть за работой нервных клеток в этом мозге, как за работой загорающихся лампочек в большой электрической сети, используя генные зонды, выявляющие активацию генов, включающихся в нейронах во время формирования памяти, мы, по сути дела, выявляем такую электрическую сеть. Осталось только ее визуализовать. И методы физики и оптики в исследованиях мозга позволяют сделать и это.
Вот на этой картинке вы видите гиппокамп мышки, которая попала в новую для нее ситуацию и запомнила ее. В это время в тех нейронах, которые вовлекались в формирование такого следа, произошла активация генома, и включились генно-транскрипционные факторы, о которых я рассказывал в прошлый раз.
Мы с помощью разных методов, антител к этим белкам, или других молекулярных зондов можем увидеть эти отдельные нервные клетки в объеме всего гиппокампа, структура, которая, как мы знаем из наблюдений с повреждением памяти у человека, критична для формирования следа памяти. Можем начать разглядывать эту огромную сесть нервных клеток, и исследовать закономерности ее формирования при самых разных задачах обучения, памяти, воспоминания, задавая вопросы, что происходит в мозге, когда формируется память одной формы или другой формы? Что происходит, когда память извлекается в работающем мозге? Влияет ли это каким-то образом на свойства старой памяти?
Эти исследования дали несколько удивительных результатов. Одно из неожиданных открытий заключалось в том, что гены, которые, казалось, нужны для того, чтобы запоминать новую информацию в момент обучения — помните первую фазу перехода из кратковременной в долговременную память и блокаду синтеза белка, который мешает этому? — казалось, что после того, как память перешла в долговременное хранилище, и произошел всплеск работы генома, она фиксирована. И последующие воздействия на мозг не способны каким-то образом изменить или стереть, или повлиять на старую память, она стабильно хранится теперь в сетях дифференцировавшихся нейронов.
Однако, когда мы и другие авторы стали исследовать, а что же происходит в мозге в момент извлечения такой старой памяти, то неожиданным фактом оказалось, что в мозге в момент извлечения старой памяти активируется зачем-то очень похожие молекулярные механизмы, похожие на те, которые активируются в момент запоминания.
Значит, на что это похоже? Если бы память была похожа на компьютерную память, на некий CD-rom, на который мы записываем информацию, то запись информации требует интеграции ее в оптическую среду диска — это консолидация. После этого информация хранится на этом диске и не подвержена каким-то влияниям, интерферирующим с моментом записи, то есть, диск стабилен, и вы можете извлекать эту информацию по мере необходимости.
Представьте себе ситуацию, каждый раз, когда вы считываете информацию с этого CD-rom`а, она у вас меняется по своему содержанию, и там происходят процессы перезаписи, в общем, не зависящие от интересующего вас считывания. Вот обнаружение активации работы генов в мозге у животных в момент извлечения старой давно сформированной памяти очень похоже на эту необычную ситуацию. Получается, что каждый раз, когда память извлекается или в значительном числе случаев, когда память извлекается, на нашем диске происходят какие-то изменения, там происходит некая перезапись.
Каково значение этой перезаписи? Мы можем использовать тот же самый прием, который использовали исследователи 60-х годов, мы можем попробовать не дать вновь синтезирующимся белкам — продуктам работы тех или иных генов — образоваться, потому что будем вводить блокаторы синтеза белка, и посмотрим, а что происходит со старой памятью? Предсказания, которые, прежде всего, приходят в голову, что ничего не должно произойти. Может быть, эти изменения в работе нервных клеток, которые мы видим у животного, извлекающего память, связано с тем, что оно запоминает что-то дополнительно, поверх старой памяти, самое вероятно.
Но, посмотрим, что происходит в эксперименте? Вот здесь показаны два эксперимента. В одном цыплята учились задаче, где им давалась бусинка, они с радостью клюют эту бусинку как потенциально съедобный предмет, она горькая, она покрыта веществом типа хинина. Они отплевываются от нее и никогда больше не хотят ее клевать, если им давать эту бусинку. Они прекрасно ее помнят, и отличают от других бусинок, которые они с радостью клюют.
А дальше мы делаем следующее. Мы через некоторое время, когда память уже консолидировалась, когда она перешла в прочное хранение, вновь возвращаемся к этой ситуации, и в этот раз только показываем бусинку ту самую, которая была в момент обучения. Они ее, естественно, не клюют. Почему? Потому что они ее вспоминают, и с негодованием отвергают, то есть, они извлекают память. Никакого нового обучения и нового клевка здесь не происходит. Но извлечение происходит. И этот момент, или немножко раньше мы вводим цыплятам вещества, которые нарушают возможность синтезироваться новым белкам. Так что, если происходил всплеск экспрессии генов, такой, какой вы видели на предыдущем слайде, мы его снимем. И нас интересует, каковы будут последствия?
Оказывается, что, если мы протестируем этих животных через некоторое время, через сутки, например, то цыплята, которые получали только инъекцию ингибитора синтеза белка, но не извлекали память, — это одна контрольная группа, они все прекрасно помнят. У них уровень воспоминания на уровне 90 процентов, то есть, действительно, память, кажется, консолидировалась. Цыплята, которые получали только бусинку, но не получали блокаторы синтеза белка, также все прекрасно помнят, это естественно, извлечение памяти никак не должно повлиять. Если вы считываете CD-rom, то это никак не должно повлиять, кажется, на то, что там хранится.
Но, вот ситуация совмещения. Цыпленок вспоминает то, что было связано с этой бусинкой на фоне невозможности заново синтезировать белки. Посмотрите, что происходит с памятью? Это комбинация этой группы и этой группы, они вместе приводят к тому, что животное теряет память, которая, казалось, давно сформировалась. И то же самое происходит в других моделях. Сейчас таких исследований в мире очень много. И они показывают, что это универсальный феномен, он существует у нас с вами. Иначе говоря, если вы вспомните что-то старое и в этот момент будет интерференция с процессом запоминания, — то это шанс вам забыть это старое. Это совершенно нетривиальная вещь, совершенно не интуитивная.
Почему мы должны забывать старое, или почему, собственно говоря, каждое новое воспоминание должны перезаписывать, то, что происходит и заменять старый след памяти? Специалисты в изучении памяти сейчас работают над изучением того, что это за механизм, но ясно, что он имеет фундаментальное значение для памяти, которая была открыта с помощью этих методов. Открыта кем, нейробиологами.
На самом деле, это показывает, как часто исследователи одного и того же предмета не знают или не обращают внимания на то, что делается в изучении этого предмета другими специалистами. На самом деле, психологи, изучающие свойства памяти, знали о чем-то подобном, пускай не в терминах «нервных механизмов», очень давно.
Выдающийся английский психолог Фредерик Бартлетт, работавший в Кембридже в начале 20-го века, делал опыты по изучению как раз процессов воспоминания. Он, например, показывал своим испытуемым разные картинки и просил их через интервалы времени, недели, например, нарисовать то, что они помнили в прошлый раз, и аккумулировал такие картинки, одну, вторую, третью, четвертую… или давал сложную историю, которая была трудно интерпретируемая, и просил ее пересказывать с интервалом в неделю.
Оказалось, что в результате таких перерисовок или рассказов, история в голове испытуемого или изображение в голове испытуемого с каждым следующим извлечением может радикально трансформироваться, заменяя предыдущую. И, как в случае с этими изображениями, так и в случае с такими историями, испытуемый совершенно уверен, что историю, которую он рассказывает или картинку, которую он рисует, и была та история или то изображение, которую он видел в первый раз. Бартлетт писал, завершая свою книгу, что я настаивал на протяжении всей это книги на том, что описание воспоминаний как фиксированных и безжизненных, есть всего лишь ошибочная фантазия. И, как видите, он дальше пишет, что воспоминание не является повторным возбуждением неисчислимых фиксированных фрагментов следов, оно всегда творческое воссоздание или конструирование, складывающееся из нашего отношения ко всей активной массе реакции и опыта прошлого.
Исследования нейробиологии последних лет показывают, что это не только каждое следующее извлечение памяти, это активная реконструкция версий того, что было, но и перезапись новой версии, которая может подавлять или угашать предыдущую. Процесс, который получил название «реконсолидация памяти».
Второе неожиданное открытие. Подумайте об огромной функциональной системе из клеток, которая стоит за каждым следом нашей памяти. Я вам показывал отпечаток такого следа только в одной структуре мозга — гиппокампе у мыши. На самом деле, в такой след вовлечены десятки других структур, которые образуют единое целое, и количество нейронов может достигать десятков и сотни миллионов.
А теперь попробуйте представить себе, а как можно разрушить такую память? Как можно эту огромную сеть элиминировать из нашего опыта? Это очень сложная вообще задача. Вы не можете уничтожить все нейроны один за одним, потому что они распределены среди других нейронов, нужно будет уничтожить весь мозг. Этот вопрос довольно давно стоял опять-таки среди психологов.
И, когда двое из известных американских психологов сделали опрос ведущих специалистов в области исследования памяти, задав им вопрос, как они считают, нарушения памяти связаны с тем, что она теряется в мозге или тс тем, что теряется способность просто доступа к этой памяти? То большинство из специалистов ответили вторым образом. Действительно, кажется, что самым вероятным при нашем взгляде на таких системные механизмы памяти, представить себе, что нарушение памяти — это то, что мы не можем собрать и систему этих дифференцировавшихся нейронов назад вместе. Возможно, как это бывает с возрастом, я нейродегенеративными заболеваниями, какие-то из звеньев небольшое число нейронов, составляющих эту систему, начинают терять связи. Но не все же сразу, очень небольшой процент. И это приводит нас к необычной идее, что, может быть, даже в случае потери памяти значительная часть ее следа, может быть, 90, может быть, 95, может быть, 99 процентов остается в нашем мозге. И, может быть, мы можем увидеть следы таких неокончательно исчезнувших воспоминаний, даже, если они не извлекаются на уровень осознаний поведения.
Вот, мы, собственно говоря, сделали один из таких экспериментов, пытаясь задать мозгу этот вопрос с помощью методов выявления нейронов, вовлекающихся в момент извлечения в нервные сети воспоминаний. Мы обучали животных определенной задаче условного рефлекса, а потом нарушали эту память введением блокаторов синтеза белка. При тестировании у этих животных они вели себя таким же образом, как и обычное животное — они попадали в эту ситуацию, не демонстрировали никакого знакомства с ней.
Но нас интересовало, а как реагирует мозг на нее, и нет ли признаков того, что в мозге эта ситуация, может быть, знакома, хотя поведенчески и субъективно животное не распознает ее. Мы посмотрели реакцию мозга на эту ситуацию у обученных и необученных животных. Оказалось, что у обученных животных область мозга, которая была связана с эмоциональной реакцией и исполнительными действиями, эта ситуация, в которую мы помещали животных, была для них опасна в действительности. Они не помнили это.
Но в прошлый раз, когда их учили, они попадали в эту ситуацию, им давали короткий удар тока по лапам, не очень сильный, но неприятный. И животные, которые попадают в такую ситуацию единожды, при повторном помещении в эту ситуацию начинают бояться и даже, если ничего не следуют из окружающих воздействий, они начинают замирать и затаиваться — типичное поведение грызунов в ситуации опасности, которую нельзя избежать.
И определяется это активностью, это поведение, в частности, активностью структуры, которая называется «миндальная», которая связана, с одной стороны, с эмоциональной оценкой ситуации, с другой стороны, — с исполнительными механизмами поведения затаивания. Так оказалось, что у животных, у которых было нормально все с памятью, наблюдается очень большая активность миндалин, когда они попадают в эту ситуацию. Они помнят ее этой миндалиной. У животных, у которых мы стирали память, как вы видите, миндалины не активируются. Они, действительно, ходят по этой камере, они ее не боятся, принюхиваются и не замирают. И активности этих частей мозга, связанных с таким поведением, нет.
Однако, когда мы посмотрели на другую структуру мозга, гиппокамп, о которой я уже говорил, и которая у человека и у животных связана с сохранением следов памяти, поддержанием их в течение некоторого времени, оказалось, что в разных областях гиппокампа животные, попадавшие в эту ситуацию и помнившие ее, и животные, у которых мы стерли память, демонстрировали одинаковую активацию гиппокампа. Иначе говоря, вот эти животные с зелеными столбиками, они не боятся этой ситуации, кажется, не узнают ее. Но мы видим по активности мозга объективной активности мозга, что мозг их узнает эту ситуацию. Только, смотрите, он не связан в единую интеграцию поведения с областями, которые отвечают за страх. Эти области не активируются. Вместе все из функциональной системы, которая бы извлеклась и заставила этого животного затаиться и продемонстрировать все поведенческие признаки страха и памяти, мы не наблюдаем.
Но память, получается, части этот мозг хранит? А раз так, то, может быть, мы можем ее восстановить? Вернуть назад утраченную память. И мы показали, что в принципе в эксперименте возможно и такое. Вот этим животным, это цыплята, вот в этой же задаче, но им делалось в тех экспериментах другое воздействие. Они получали блокатор синтеза белка в тот момент, когда учились. И поэтому, когда их тестировали через некоторое время, то животные, которые нас интересуют, животные вот этой вот желтой, оранжевой группы, вот это серая и синяя — это контрольные животные, — они не клюют, они не избегают бусинки, в отличие от цыплят, которых вы видели на одном из предыдущих слайдов, они ее активно клюют с радостью, потому что они забыли, что она была горькая и опасная.
Но дальше мы сделали следующую вещь. Мы смочили клюв этих цыплят горьким веществом, хинином, который они испытывали, этот вкус в момент клевка старой бусинки, нового обучения при этом не было. Но, если хотите, был некий компонент старого опыта, который вызывает сильную эмоциональную реакцию. А дальше у разных групп цыплят начали смотреть, что происходит через разные интервалы времени после такого напоминающего воздействия? Оказалось, что, если посмотреть через полчаса, то цыплята не помнят ничего. Если посмотреть через три часа, то они не помнят, если посмотреть через пять часов, то они не помнят. Но в интервале между 5 и 7-ю часами память медленно возвращается к ним.
Обратите внимание, что это не психологическое воспоминание чего-то забытого, типа — ага!.. вот вертелось на языке, но не мог вспомнить, и вот сейчас это пришло… Это медленный процесс. Я могу сказать, что мы проводили такие опыты с самыми разными нарушениями памяти и с восстановлением. И каждый раз восстановление происходит в этой модели вот в этот критический интервал от 5 до 7 часов.
После смачивания клюва хинином прошла масса времени. Они уже поспали, они занимались совершенно другими вещами, в мозге идет медленный процесс, который постепенно реконструирует назад нервную сеть, связанную с прошлым опытом. Более того, мы знаем, что, если сделать это напоминание на фоне блокатора синтеза белка, то есть, не дать нервной системе в момент этого стимула заново синтезировать белки и выстроить какие-то свои связи, то этого возвращения памяти назад не происходит. Так что этот процесс происходит в фоне, глубоко в мозге. Это достраивание связей и систем, которые были когда-то разрушены. Этот процесс зависит от синтеза новых белков. Но мы знаем еще ряд свойств этого процесса — зависит от синоптической активности и так далее.
Явно, конечно, кроме удивительного свойства памяти к репарации, это может иметь фундаментальные практические приложения, если мы научимся память, теряемую при нейродегенерации из-за разрушений части нервной сети, достраивать и возвращать назад, то у нас появится возможность помочь многим людям, которые теряют память с возрастом или при тех или иных заболеваниях.
И опять-таки, хотя мой первый слайд об этих фактах назывался «Неожиданное открытие», возвращаясь назад в историю исследований памяти, и особенно в историю исследования памяти человека, мы видим, что люди, глубоко занимавшиеся проблемой нарушения памяти, замечали такое свойство. И Корсаков в одной из своих работ писал, что чаще всего амнезия обуславливается не потерей способности фиксации, а потерей способности к воспроизведению фиксированного. И дальше он описывает ряд случаев в этой работе, показывавших, что больной, который казался совершенно безнадежным и в момент нахождения в клинике не помнил ничего, что с ним происходило, через некоторое время, через год, два при повторных исследованиях и контактах с Корсаковым рассказывал о событиях, которые происходили в тот момент, когда он находился в глубокой амнезии. Он запоминал. И эта память возвращалась. И Корсаков, кстати, пишет, что на его взгляд, это одно из самых интересных свойств синдрома потери памяти, которое он открыл.
Это свойство лежало грузом и к нему не обращались экспериментаторы на протяжении более ста лет. И сейчас мы начинаем активно изучать этот процесс.
Теперь я хочу переключиться. Это переключение естественное, потому что мы все время говорили сейчас о памяти, как свойстве больших популяций или систем, функциональных систем нервных клеток. Вообще, если мы задумаемся, то память — это только одна из характеристик работы таких систем. Память — это ведь искусственно выделенный нами аспект работы мозга. И обратите внимание еще на интересную особенность — это для нас с вами, возможно, наши воспоминания прошлого дороги нам, как память о прошлых событиях. Но для эволюции, вырабатывавшей способность к обучению и памяти, и для биологической нагрузки памяти центральным является другой вопрос. Она могла возникнуть и развиться в эволюции живого, если только она приносила пользу для будущего поведения.
И вот исследования показывают, что, действительно, несмотря на многовековую традицию обращения к памяти, как к отпечаткам прошлого, боле внимательный анализ показывает, что память имеет, прежде всего, проспективные функции, что опыт прошлого используется для того, чтобы планировать и воображать будущее. И, например, люди, пациенты с нарушениями памяти, оказывается, также не способные вообразить себе новые картины, спланировать будущее, как они не способны вспомнить свое прошлое. Когда им предлагают задачу представить себя, например, на берегу южного океана, на пляже с шелестом волн, под лучами жаркого южного солнца, и сконструировать эту картину. Оказывается, что способности к каким-то фантазиям и, вообще, к проецированиям чего-то будущего при повреждении гиппокампа страдают так же глубоко, как способность запомнить что-то новое или вспомнить прошлое.
И этот вновь возвращает нас в изучение механизмов памяти, к взаимодействию памяти с сознанием, с субъективным, с воображением, целый комплекс процессов, который характеризует работу функциональных систем. Но в отличие от следа памяти, следа прошлого, эти процессы динамические. В этих процессах память выступает как динамическая составляющая.
То же самое, кстати, касается сознания. Сознание — это не след, а процесс. Если что-то самое важное можно сказать о свойствах сознания, то то, что это процесс. Он существует в течение какого-то времени, он имеет начало, он имеет продолжительность, он имеет конец. Эти состояния меняют друг друга одно за другим, но мы должны исследовать их, если мы хотим теперь их исследовать не снаружи, а внутри мозга объективными методами, динамическими. Для этого нужны новые подходы.
Моментальные фотографические снимки следа памяти, которые я показывал в предыдущих иллюстрациях, недостаточны для понимания процессов субъективного опыта в ходе самого поведения в момент осознания. Для этого нужна регистрация активности отдельных нервных клеток. И такие методы появились. Они появились достаточно давно. Вначале они были несовершенны, но позволяли, тем не менее, зарегистрировать то, как работает мозг, а мы теперь понимаем, у бодрствующего мозга и разум, в ходе решения тех или иных задач, в ходе мышления и поведения.
Вот на этом видео сейчас будет показана регистрация активности отдельных нервных клеток в мозге у кролика, который в экспериментальной камере обучен решать задачу — нажимать на педаль или потягивать за кольцо для того, чтобы достать морковку из кормушки. Этих кормушек две и педалей тоже две. У него довольно сложное поведение. Он выучился ему. Это видео — это реальный эксперимент, запись реального эксперимента, такого, который проводится в Институте психологии в Лаборатории нейрофизиологических основ психики.
А то, что тарахтит — это слышно работу отдельной нервной клетки. Вот видите, это кормушка, это педаль. Нажал на педаль — кормушка передвинулась. Нейрон работает. Послушайте, вот здесь, да? Теперь он переходит на другую кормушку и нажимает другую педаль. А здесь вы можете видеть активность отдельных нервных клеток.
Вот такие эксперименты и здесь показаны результаты этих экспериментов тоже в Лаборатории нейрофизиологических основ психики в Институте психологии выявили удивительные свойства работы нервных клеток во время поведения. Оказалось, что эти нервные клетки чрезвычайно специализированы относительно тех или иных элементов субъективного опыта животного. Вдумайтесь, отдельный нейрон — обычная клетка, такая же, как клетка печени, кожи, сердца, она имеет ядро, она имеете геном, она имеет цитоплазму, она синтезирует такие же белки или похожие белки, но в мозге поведение этих клеток связано с субъективным опытом, глубоким субъективным опытом.
Вот, посмотрите, как это выглядит. Здесь показана одна ситуация, когда кролик потягивает за кольцо и получает пищу из кормушки, причем он это может делать с левой и с правой стороны. А здесь он нажимает на педаль, и получает пищу из кормушки с левой и с правой стороны. А здесь показана активность отдельной нервной клетки во время такого поведения. Причем, каждая такая вот полосочка — это один поведенческий акт от нажатия на педаль до получения пищи в кормушке. Потом он его повторяет, повторяет, повторяет, и мы можем видеть закономерность работы отдельной нервной клетки в связи с выполнением этого акта.
Вот здесь, например, активность этого нейрона синхронизована и происходит в момент, когда животное потягивает за кольцо, оно тянет за кольцо, как только оно вытянуло его на достаточную длину, и щелкнула кормушка, оно перебегает к кормушке, и активность этого нейрона обрывается. Посмотрите, этот нейрон специализированно работает, когда кролик потягивает за кольцо с правой стороны или с левой стороны.
А что такое «потягивание за кольцо»? Вообще, кольцо — это объект, который животное никогда не видело. Это объект в его индивидуальном опыте. Он познакомился с ним, как со средством получения пищи, в первый раз попав только в эту клетку. Но, посмотрите, гораздо более удивительные вещи.
Вот этот нейрон, другой нейрон, значит, здесь показано четыре нейрона из коры головного мозга кролика. Этот нейрон активен только, когда животное потягивает на кольцо, за кольцо с левой стороны, и не активен, когда он потягивает за кольцо с правой стороны. Это говорит о том, что этот нейрон, в кавычках я говорю это, «узнает» и «различает» кольцо с левой стороны и правой стороны. Это и не странно, потому что кролик учился этому поведению вначале на левой, потом на правой, это два разных куска его индивидуального опыта. Но мы видим, что, читая работу нейронов мозга, мы можем считывать элементы этого прошлого опыта, субъективного опыта в мозге животного, мы можем видеть, как устроен и размечен субъективный опыт.
Обратите внимание еще на следующую вещь. Что и кольцо, и кормушка — это средство получения корма морковки, то есть, и кольцо, и педаль — это средство получения корма, морковки, который, кажется, работают для одного и того же, то есть, это можно было бы считать для животного одним и тем же. Но, посмотрите, вот здесь есть несколько поведенческих актов, вот эта темная полоса актов, когда кролик потягивает за кольцо. Потом кольцо делается неэффективным. И ему предлагают получать корм из кормушки, нажимая на педаль. И вот здесь показано сколько-то там десяток таких циклических актов, когда он нажимает на педаль. А здесь возвращает обратно эффективное кольцо.
Посмотрите, этот нейрон не только работает при потягивании кольца с левой стороны, но он не работает при нажатии на педаль. Кажется, такое же средство, для кролика это разные вещи, а здесь ровно противоположная ситуация: это левая сторона, это правая сторона. Это нейрон, который активируется вот это акт нажатия на педаль, и это акты нажатия на педаль, а это акты, в которых он для получения пищи тянул за кольцо.
Этот нейрон правой педали, но не правого кольца никакого, ни левого кольца. Ну, и так далее. Вот этот нейрон связан с захватом пищи, например.
Мы начинаем видеть субъективные опыты, субъективный мир животного, заглядывая в то, как работает его мозг, и начинает понимать правило построения этого опыта, если будем смотреть, как формируются такие нейроны, на самом деле, системы из нейронов в мозге во время обучения. Этот субъективный мир читаем так же, как читаем субъективный мир и восприятия, и опыт человека, если бы у нас была возможность регистрировать активность отдельных клеток мозга и у человека. Это очень редкая возможность, однако, она существует. При некоторых неврологических заболеваниях пациентам в мозг для терапии или определения участках в последующей терапии, вживляют тонкие микроэлектроды. И они ходят с ними в течение некоторого времени, потом их снимают, и там проводят нейрохирургическую операцию.
И есть несколько центров в мире, в которых во время такой терапии ведутся также научные исследования того, как ведут себя отдельные нервные клетки в нашем с вами мозге, когда мы занимаемся решением каких-то задач или общаемся с внешним миром. Например, вот в этой группе Ицека Фрайда в Калифорнии пациентам показывают, регистрируя активность отдельного нейрона, вот здесь голубыми показаны такие же растры, как… активности нейронов при повторных предъявлений, как у кролика, только ему предъявляют здесь не задачу, а фотографии вот на короткое время, вот интервал между маленькими пунктирами показаны, между вот этим пиком активации, человек видит на экране ноутбука какую-то фотографию. И таких фотографий ему показывают сотни. И смотрят, вот нейрон, который попал под этот микроэлектрод, он как себя ведет при показе разных фотографий?
Оказывается, что они ведут себя очень интересно. Например, вот этот нейрон активируется из сотен фотографий, которые были показаны только тогда, когда человек видит различные фотографии Дженифер Энистон, американской киноактрисы. Если ему показываются фотографии других персонажей, других знаменитых людей, ну, Джулии Робертс, кто-то из знаменитых баскетболистов, и так далее и так далее, животных, змея, паук, олень, архитектурных конструкций, мосты, Эйфелева башня, Пизанская башня, и так далее, видите — нейрон не активен нигде.
А эти фотографии, хотя они все очень разные, посмотрите. Актриса находится в разных проекциях, на разном фоне, здесь нет ничего физически общего как возбуждения сетчатки, есть концепт этой актрисы. Нейрон активируется каждый раз. За исключением тех фотографий, где есть Дженифер Энистон, здесь, здесь, здесь… Но, где она находится вместе со своим бывшим мужем Бредом Питтом.
Для этого испытуемого так же, как для нашего кролика с педалью и кольцом на левой и правой стороне, есть категории мира, которые делятся на... для этого нейрона на Дженифер Энистон, но не все остальное, но, грубо говоря, Дженифер Энистон с правой стороны, но не с левой стороны, Дженифер Энистон одну, но не с Бредом Питтом. Это явно элемент какого-то индивидуального опыта и субъективного опыта этого испытуемого, какие у него чувства по отношению к этой актрисе и какие чувства по отношению к паре актрисы с мужем, мы может пытаться только реконструировать, зная историю, но то, что они различны, мы видим по активности этих нервных клеток.
Значит, здесь я покажу короткий фильм, который я объясню, что…
Сейчас, секундочку, я объясню вначале, что происходит. Значит, испытуемому показывают разные видеосюжеты в данный момент, самые разные, и регистрируют активность одной из клеток в головном мозге, в гиппокампе. Здесь показано, движется курсор, который показывает, в каком месте активность, а здесь показана суммарная активность за весь эксперимент. Вы видите, низкая активность, и вы видите, тут есть два пика активности, мы увидим с вами, с чем они связаны. Вы также увидите, что … или услышите, что нейрон тарахтит, вот, когда он разряжается и дает отдельные импульсы, вы услышите такие характерный треск, и здесь их будет мало, а здесь их будет много, и вы увидите, в связи с чем… это связано.
Эксперимент состоит из двух частей. Вначале испытуемому показывают разные объекты, смотрят, на что активируется этот нейрон. А дальше, это очень важно, его просят извлечь из памяти уже после окончания эксперимента, что он видел? И тогда внешних стимулов вообще нет, есть только субъективный опыт, который он извлекает, припоминая, что было то-то, было то-то и опять смотрит тот же самый нейрон. Посмотрите, что происходит.
(видеосюжет)
Это во время воспоминаний.
(видеосюжет)
К чему это ведет? Наша возможность объективной регистрации субъективного опыта через активность отдельных клеток? Я не знаю, заметили вы или нет, но я думаю, многие заметили, что, когда этот человек вспоминал про «Симпсонов», у него вначале активировался нейрон, а потом сказал «Симпсоны», заметили, была небольшая задержка. Ну, не могу показывать это, но покажу это в другом виде. Не могу просто длинный фильм показывать. Посмотрите, вот это момент нажатия на педаль кролика. Это действие, которое он совершает. Посмотрите на активность нейрона, она начинается задолго до того, как он совершит это действие. Он только собирается сделать это и намеревается это сделать, как активность нейрона он показывает, что он будет делать. Иначе говоря, вы можете узнать, что задумал кролик по активности этого нейрона еще до того, как он это сделает. Вы не просто видите субъективный мир и его разворачивание, вы видите его с опережением часто по отношению к поведению.
Теперь представьте себе, что вы сделаете простую вещь, вы возьмете активность такой клетки. Вот здесь показано, как ее активность нарастает, вот эта гистограмма, к моменту нажатия на педаль. А вот здесь — момент нажатия на педаль, вот он, «пресс». Но представьте себе, как это было сделано в экспериментах, что вы снимите сигнал с этого нейрона, когда крыса нажимает на этот рычаг, и получает пододвигающуюся к ней кормушку с подкреплением, и сигнал с этого нейрона запустите на кормушку еще до того, как животное нажмет на рычаг? У вас получится парадоксальная ситуация, когда животное собирается нажать на рычаг, чтобы получить подкрепление в кормушке, еще не нажав, получает подкрепление. То есть, то, что она хотела, опережает через внешний контур управления, созданный экспериментатором, то, что она должна сделать для этого.
Крысы начинают вести себя в этой ситуации удивительным образом. Они некоторое время механически продолжают нажимать на рычаг, хотя кормушка уже поступила. Но через некоторое время и очень быстрое время они соображают о ходе соотношений во вновь установившейся ситуации и начинают запускать следующее передвижение кормушки с подкреплением просто активностью своего мозга, уже перестав подбегать к педали. Животные начинают мысленно управлять внешним устройством через электронный интерфейс. Это принцип, который был положен в основу так называемых мозго-машинных или мозго-компьютерных интерфейсов. Он не был бы возможен в таком воплощении, если бы мы не поняли глубокие механизмы организации работы сетей нейронов головного мозга в момент мышления, поведений и действий, опережающие активность.
Точно такие же вещи были продемонстрированы и на обезьянах, и на человеке, потому что принцип декодирования достаточно универсален и заключается лишь в том, чтобы снять активность популяции клеток в тот момент, когда мозг собирается выполнить какое-то действие, распознать по активности, что это действие совершается и передать его на внешнее механическое устройство. Например, как вы видите на этом фильме из статьи, иллюстрирующей результаты статьи группы Эндрю Шварца в Соединенных Штатах Америки.
Здесь обезьянка находится вот за этой шторкой черной, и она сидит в кресле так, что ее лапки примотаны к ручкам кресла, и она не может достать лакомый кусочек, который ей протягивает экспериментатор. Вместо этого она через активность, которая снимается с отдельных нервных клеток ее мозга, может это сделать, запустив движение искусственной руки, протеза. И обратите внимание сейчас в этом фильме, что экспериментатор очень изощрен. Он дает яблоко то в одном месте, и она должна совершить одно сложное действие своими клетками. Протез имеет несколько степеней свободы. Его надо сгибать в плече, локте и еще ладонью, то в другом, внизу. Она каждый раз должна спланировать для себя разные действия и через этот интерфейс. Она, конечно, старается вытягивать как можно дальше голову и язык…смотрите, сложно, уронила. Разочарована. Еще. Вниз, в другую сторону.
По сути дела, мы видим, как нейрофизиологические исследования позволяют мысли о движении приводить в движение не только свои собственные органы и мышцы, но и внешние устройства. Это, прежде всего, является продуктом того, что мы начинаем распознавать мыслительные процессы и декодировать их содержание, то есть, глубоко и объективно проникать в мозг человека или животных.
Здесь показан пациент, который потерял способность двигаться из-за травмы спинного мозга. Здесь стрелкой показан такой нейроинтерфейс, вживленный ему, и с помощью этого нейроинтерфейса он здесь играет в компьютерную игру, управляя мысленно компьютером и экраном. Поэтому такие интерфейсы сейчас называются мозго-компьютерные интерфейсы.
Кроме способов вживления электродов в мозг человека существуют и другие попытки установить такой контакт между мыслями и сигналами, генерируемыми мозгом во время мышления и внешними устройствами. Например, не инвазивные, не требующие вживления электродов интерфейса, тоже используемые для, например, как в этом случае, помощи больным, теряющим способность к движению. У него регистрируется электроэнцефалограмма, и как вы видите, с помощью этих мыслей он способен сокращать механический протез.
(видеосюжет)
Но, это… эти технологии будет использоваться гораздо шире, чем в медицине. Например, уже сегодня вы можете купить вот такое устройство, которое представляет собой миниатюрный электроэнцефалограф, который вы можете надеть на мозг и с помощью радиопередатчика установить контакт с компьютером.
(видеосюжет)
Например, как делает девушка с одним из таких интерфейсов на выставке компьютерных игр. Смотрите, она пытается мысленно поднять этот шарик, сосредоточившись и…
(видеосюжет)
Так что некоторые вещи из научной фантастики вполне распознаваемы в наших исследованиях, которые мы видели сегодня.
(видеосюжет)
Какие из кадров этого начала фильма «Суррогаты» — это результаты научных исследований и разработок, а какие — фантастика? Грани между фантастикой и наукой в изучении мозга и разума сегодня начинаются стираться. И поэтому мои слова в начале рассказа о том, что наука о мозге и разуме в 21-ом веке, по мнению очень многих ученых, изменит наше общество, изменит нашу жизнь, они уже сегодня начинают находить вполне материальное воплощение.
Спасибо.
ВОПРОС: Для меня лекция оказалась не только интересной, но и я сделал для себя объяснение, даже открытие сегодня. Меня очень давно интересует проблема бессознательного, и сегодня я ответил себе на вопрос, когда узнал про реконсолидацию памяти, я понял, что Фрейд отчасти был прав, что терапия вызова… травмирующего события из памяти и переживания его заново, видеозапись получается, то есть, это, действительно, терапевтический эффект. Но вопрос вот в чем, психоаналитики с большим трудом достают это из нашего бессознательного эти травмирующие факты. Возможно ли в будущем как-то с помощью вот такого замечательного направления в науке помогать психологами, психоаналитикам доставать этот травмирующий фактор? Спасибо.
ОТВЕТ: Фрейд в конце прошлого века писал своему другу Флису в одном из писем: «Как ты знаешь, я сейчас работаю над новой теорией памяти, согласно которой, память — это ни что-то раз данное и навеки закрепленное, а меняющееся при каждом извлечении. Процесс, который я называю ретранскрипцией памяти». Я нашел эту цитату уже после того, как мы обозначили этот процесс реконсолидацией. Но вы видите, насколько они близки. И, когда мы в середине 90-х годов обнаружили этот феномен, то первая вещь, которая, естественно, пришла в голову, что это очень похоже на то, что происходит во время психотерапевтических сеансов, только здесь мы упрощаем процесс, потому что во время сеанса психотерапии стоят две сложные задачи.
Первая — это извлечь то воспоминание, которое является иглой, травмирующей весь индивидуальный опыт. А второе — это переорганизовать и переуложить опыт и память пациента таким образом, чтобы оно потеряло конфликтные точки со всеми остальными элементами индивидуального опыта.
Второе, может быть, кстати, гораздо более сложно, чем первое. И поэтому нас сразу пришла в голову мысль, что мы можем упростить эту процедуру, помочь ей, потому что, если речь идет о каких-то травматических воспоминаниях с известным происхождением, то мы можем заменить эту сложную двухэтапную процедуру простым приемом — мы можем извлекать травмирующую память, напоминая о ней разными мультимедийными свойствами, мультимедийными средствами, виртуальной реальностью и так далее, на фоне препаратов, которые мешают запомниться памяти.
А такие препараты, кстати, у человека известны, и они достаточно безобидны. Это, — часто там, блокаторы адренарецепторов, которые используются для регуляции артериального давления, или препараты, действующие на гормональные процессы, они ослабляют процессы запоминания. Просто никогда не было понятно, как их, зачем их можно использовать, хотя эти свойства были изучены давно на животных. Мы предложили такую процедуру еще в 95-96-ом году. У нас никто ею в стране не занимался.
Но с конца 90-х годов такими исследованиями стали заниматься активно очень американские психологи. Очень интересно, там, значит, был синтез нейробиологов и нейрофизиологов в памяти и психоаналитиков, психотерапевтов, и они, например, имитировали ситуации «Бури в пустыни» с разными аудиовизуальными свойствами для ветеранов, имеющих постстрессорные травматические симптомы, и пробовали нарушать вот эту сформировавшуюся устойчивую патологическую память, просто напоминая на фоне этих препаратов. Это действует. И сейчас большое количество исследований ведется в мире и в Европе, и в США, и я думаю, что и у нас скоро будут, которые используют этот прием. Он перспективен.
