Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть - Себастьян Сеунг

Но если жесткий диск так надежен и стабилен, зачем же использовать еще и RAM? Дело в том, что RAM отличается высокой скоростью. Информацию в оперативной памяти можно модифицировать гораздо быстрее, чем информацию на жестком диске. Вот почему оправданно передавать документ в оперативную память для редактирования и затем отправлять его обратно на жесткий диск для надежного хранения. Часто бывает так: чем стабильнее вещь, тем ее труднее модифицировать.

Стивен Гроссберг, нейробиолог-теоретик, назвал эту взаимозависимость «дилеммой стабильность/пластичность». На нее обращал внимание еще Платон в своем диалоге «Теэтет». Он объяснял огрехи памяти чрезмерной жесткостью или мягкостью «воска на дощечке». Некоторые люди с трудом запоминают новое, поскольку воск у них слишком твердый, и отпечаток на нем оставить нелегко. Другие же испытывают трудности с хранением воспоминаний, поскольку отпечатки слишком легко стираются с их чересчур мягкого воска. Лишь когда воск не слишком тверд и не слишком мягок, он способен и хорошо принимать отпечатки, и долго хранить их.

Взаимозависимостью между стабильностью и пластичностью можно объяснить и то, почему мозг использует два хранилища для информации. Подобно данным в оперативной памяти, рисунок импульсов быстро меняется, вот почему они подходят для активного манипулирования информацией в ходе непосредственного восприятия и обдумывания. Но, поскольку эти узоры легко потревожить новыми впечатлениями и мыслями, они пригодны лишь для краткосрочного хранения сведений. Межнейронные связи, напротив, в этом смысле похожи на жесткий диск. Так как эти связи меняются медленнее, чем рисунок пиков, они меньше годятся для активного манипулирования информацией. Однако они достаточно пластичны для записи данных и достаточно стабильны для их длительного хранения. Гипотермия (охлаждение) гасит нейронную активность, подобно тому как отключение тока стирает оперативную память вашего компьютера. Межнейронные же связи остаются в неприкосновенности, так что долговременная память в результате не страдает. Но недавно приобретенная информация при этом теряется, поскольку она еще не успела перейти из формы активности в форму связей.

Способна ли взаимозависимость стабильности и пластичности также помочь нам понять, почему мозг иногда использует в качестве средства накопления воспоминаний рекомбинацию связей, а не только ИСВ? Благодаря хеббовской пластичности пикообразование в нейронах постоянно увеличивает силу синапсов. Следовательно, сила синапса не так уж постоянна, а значит, и воспоминания, сохраняемые путем изменения синаптического веса, тоже могут оказаться не такими уж стойкими. Вероятно, именно поэтому воспоминания о том, что вы ели вчера на обед, наверняка скоро потускнеют. В то же время само существование синапса может оказаться стабильнее, чем его сила. Воспоминание, сохраненное посредством ИСВ, можно стабилизировать с помощью рекомбинации связей. Скорее всего, так и происходит с информацией, которая не покидает нас всю жизнь (пример – ваше имя). Нестираемые воспоминания, видно, меньше зависят от необходимости поддерживать силу синапсов на постоянном уровне, но больше определяются необходимостью поддерживать само существование нужных синапсов. В качестве более стабильного, но менее пластичного мнемонического средства рекомбинация связей может удачно дополнять изменение синаптического веса.

* * *

Эта глава – смесь эмпирических фактов и теоретизирования. Причем, боюсь, последнего в ней больше. Нам точно известно, что в мозгу действительно происходит ИСВ и рекомбинация связей. Однако не вполне ясно, возникают ли в результате этих явлений клеточные ансамбли и синаптические цепочки. Да и вообще трудно доказать, что эти явления как-то вовлечены в процесс накопления и сохранения воспоминаний.

Один из перспективных методов такого доказательства – искусственным образом «отключить» хеббовскую синаптическую пластичность у подопытных животных, с помощью лекарств или генетических манипуляций влияя на соответствующие молекулы синапсов и затем изучая поведение этих животных, понять, пострадала ли в результате их память и если да, то как именно. Подобные эксперименты уже дали удивительные и многообещающие свидетельства в пользу основных положений коннекционизма. К сожалению, эти свидетельства – лишь косвенные и предположительные. Их интерпретация затруднена, поскольку не существует идеального способа избавиться от хеббовской пластичности, не породив при этом нежелательные побочные эффекты.

Нижеследующая история – моя попытка проиллюстрировать те трудности, с которыми сталкиваются нейробиологи, эмпирически проверяющие мнемонические теории. Предположим, вы – прилетевший на Землю инопланетянин. Земляне кажутся вам уродливыми и жалкими существами, но вам все-таки любопытно узнать о них больше. В ходе своих изысканий вы следите за одним определенным человеком. В кармане он носит записную книжку, время от времени доставая ее и делая в ней какие-то пометки ручкой. Иногда он вынимает книжку, раскрывает и, бросив на нее беглый взгляд, снова убирает в карман.

Такое поведение озадачивает вас, пришельца: вы никогда не слышали о процессе письма и никогда его не видели. Десятки миллионов лет назад ваши далекие предки использовали письмо, однако сейчас эта эволюционная стадия давно и прочно забыта. После долгих размышлений вы приходите к следующей гипотезе: данный человек применяет записную книжку как устройство памяти – то есть прибор для хранения информации.

И вот однажды ночью, дабы проверить свою гипотезу, вы прячете от него эту книжку. Проснувшись утром, несчастный долго бродит по дому, заглядывает под кровать, выдвигает ящики стола и т. п. До конца дня его поведение отличается от обычного, но лишь ненамного. Вы слегка разочарованы, поэтому решаете проделать еще кое-какие эксперименты для проверки своих предположений. Вы вырезаете из книжки несколько листков. Окунаете ее в воду, чтобы смыть значки. Меняете его книжку на принадлежащую кому-то другому.

Разумеется, наиболее непосредственный метод проверки вашей гипотезы состоял бы в том, чтобы попросту прочесть то, что написано в книжке. Расшифровав значки на ее страницах, вы, быть может, сумели бы предсказать завтрашние события в жизни подопытного человека. И если бы ваши предсказания сбылись, это стало бы веским доказательством в пользу того, что в записной книжке действительно хранится информация. К сожалению, вам, пришельцу, уже больше двадцати тысяч лет, и у вас развилась старческая дальнозоркость. И хотя ваша шпионская аппаратура позволяет вам заглядывать в записную книжку, вы не очень-то хорошо видите письмена в ней. (Немного натянутое допущение, но давайте предположим, что ваша инопланетная цивилизация не успела изобрести очки для чтения – обычные или бифокальные.)

Подобно вам, дальнозоркому пришельцу, нейробиологи хотят проверить свои гипотезы касательно памяти. Они полагают, что информация сохраняется благодаря модификации связей между нейронами. Чтобы проверить свою гипотезу, они разрушают те области мозга, где содержатся эти связи (вспомните, как вы прятали записную книжку). Они определяют, активируется ли конкретная область мозга при выполнении мнемонических задач (вспомните, как вы проверяли, вытаскивает ли человек из кармана свою записную книжку, когда ему надо что-нибудь припомнить).