Под эмоциями я понимаю систему внутримозгового инстинктивно-гормонального подкрепления или отрицания событий, приводящих к повышению или понижению жизнеспособности. Эти события происходят по общим принципам как у новорождённого, так и у древнего старика. С этих позиций и будут рассмотрены процессы приобретения когнитивного опыта, становление системы подражания и запечатления. В основе перечисленных свойств мозга лежат общие механизмы памяти, которые используются всеми структурами головного мозга для накопления и сравнения информации о внешнем и внутреннем мире.
Для анализа закономерностей развития когнитивных способностей необходимо ясное представление о нейробиологической природе данного процесса. В связи с этим следует кратко рассмотреть элементарные механизмы памяти и мышления. Природа памяти остаётся одной из самых излюбленных тем для физиологической и психологической натурфилософии. Проблемы механизмов памяти обычно трактуют как некий круг широких и разнонаправленных процессов мозга, понять которые, видимо, не дано. В соответствии с модой временами предлагались нематериальные формы памяти, биохимические и молекулярно-генетические модели запоминания. До сих пор в научной литературе регулярно возникают туманные рассуждения о РНК-глиальных взаимодействиях и хранении памяти в виде информационных нейропептидов и особых колебаний клеток. Трудно не согласиться с тем, что пассивное и энергоне-затратное хранение информации на любом носителе дало бы мозгу огромные преимущества. Однако эти фантазии перечёркиваются печальным опытом кратковременной остановки работы мозга. Примерно через 6 мин после наступления клинической смерти в мозге начинает необратимо разрушаться память, а через четверть часа о личных воспоминаниях говорить уже не приходится. Если бы память хранилась на каком-либо энергетически независимом носителе, то она могла бы восстановиться. Этого никогда не происходит, что означает динамичность памяти и постоянные энергетические затраты на её поддержание.
Кратко перечислим реальные тривиальные сведения о памяти и причинах её утраты. Память — это функция нервных клеток. При синдроме Корсакова, рассеянном склерозе, ишемической болезни мозга, когда дегенерируют нейроны, память исчезает. Следовательно, память не может быть в мозге отделена от её носителей — нейронов. При этом крайне важно, что нейроны, определяющие память человека, находятся преимущественно в неокортексе. Неокортекс содержит около 11 млрд нейронов и в несколько раз больше глии. Количество нейронов — важный показатель для запоминания. У беспозвоночных с небольшим количеством нейронов индивидуальное научение не превышает 5—7% генетически детерминированных форм поведения.
Изучение простых нервных сетей кишечнополостных показало, что для появления способности запоминать необходимо обладать некоторым минимальным количеством нейронов. Тогда их связей хватит, чтобы сохранить хоть что-то от произошедшего события. Следовательно, память зависит от связей, в которые вступают клетки (Савельев, 20056).
Хорошо известно, что в памяти информация хранится разное время. Есть долговременная и кратковременная память. Одни события быстро забываются, если не обновляются или не повторяются. Это говорит о том, что память динамична. Она как-то удерживается, но не надолго, а затем, при невостребованности, исчезает. Однако существуют и ещё более странные закономерности, известные каждому читателю. Всякие ненужные и бесполезные события могут запоминаться навсегда, а нужные — всего на несколько часов. Таким образом, память избирательна, но эта избирательность на первый взгляд необъяснима. Попробуем разобраться в описанных парадоксах.
Крайне существенно понимать, что память — энергозависимый процесс. Нет потока энергии — нет памяти. Любой энергозависимый процесс невыгоден организму. Это значит, что без крайней биологической необходимости такой процесс поддерживаться не будет. Следствием энергозависимости памяти является нестабильность её содержательной части. Сохранение информации в динамической системе приводит к её постоянному изменению. Воспоминания о прошедших событиях фальсифицируются во времени вплоть до полной неадекватности. Реального счётчика времени у памяти нет, но его заменяет скорость забывания. Память о любом событии уменьшается обратно пропорционально времени. Через час забывается половина всего попавшего в память, через сутки — две трети, а через месяц — четыре пятых. 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 работы. Физические компоненты памяти состоят из нервных путей, объединяющих одну или несколько клеток. В них входят зоны градуального и активного проведения сигналов, различные системы синапсов и тел нейронов.
Представим себе модельное событие. Организм с развитым мозгом впервые столкнулся 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. Это «старые цепи», существовавшие 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 повторов или в похожих ситуациях могут образоваться новые синаптические связи между клетками блока памяти, и тогда полученная информация запомнится надолго. Информация 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.
Таким образом, запоминание — это сохранение остаточной активности нейронов 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 непроизвольную моторную активность.
Наши первые попытки что-либо вспомнить хорошо иллюстрируются одним из занятных феноменов — самоузнавания. Становление самоидентификации в процессе индивидуального развития является одним из важнейших качеств человеческого мозга. В животном мире самоузнавание даётся нелегко, и только высшие приматы с лёгкостью осваивают зеркала с собственным изображением. Специальные исследования показали, что признаки самоузнавания, первоначально базирующиеся на более зрелой лимбической системе, начинаются через 9 мес. после рождения. Однако различение собственного изображения в разных состояниях появляется только с полутора лет. До этого времени дети не отличают нормальное и искажённое изображение в зеркале. Начав различать собственное лицо, они избегают искажённого состояния (Brooks-Gunn, Lewis, 1984). После появления самоузнавания постепенно начинает дифференцироваться кора, которая обеспечивает распознавание мимических деталей.
Память мозга — это вынужденная компенсаторная реакция нервной системы. Она вызвана стремлением нейронов «экономить» на повторном формировании уже однажды возникших рецепторных, аналитических и эффекторных связей, которые нужны при ответе на раздражение. Если воздействие однотипно, а предыдущий путь обработки сигнала ещё поддерживается нейронами, то происходит узнавание воздействия. Узнавание воздействия или раздражения закрепляет в нервной системе способ его обработки, а не сам образ предмета или воздействия. Экономия энергии является основой для запоминания. В большом и развитом мозге человека происходит закрепление любых вариантов ответов на воздействия, но они исчезают без регулярного повторения. Нейронные сети по обработке сигналов всегда как бы стоят перед двойственным выбором: сохранить приобретённый опыт и сэкономить на решении идентичной проблемы или уничтожить его. С одной стороны, если этот опыт не пригодится, то длительная поддержка ненужной информации «съест» много ресурсов. С другой стороны, если сразу «забыть» приобретённый опыт, то может потребоваться слишком много энергии для повторного проведения анализа и принятия адекватного решения. Эта дилемма решается просто: нет повторения — есть забывание. Иначе говоря, энергетическая «скупость» мозга служит фундаментальной основой для появления кратковременной и долговременной памяти. Вполне логично поискать причины существования кратковременной и долговременной памяти. Это условные названия одного процесса, который разделён только по механизмам нейронного хранения. Кратковременная память предполагает быстрое запоминание и такое же быстрое забывание полученной информации. В основе кратковременной памяти лежит физиологический принцип использования имеющихся связей между нейронами.
