Поверьте, такой способ существует. Информация должна повторяться через определенный интервал времени. Если сигнал посылается клеткой-учителем только один раз, возбуждение клетки-студента будет временным. Но если повторять его через определенные промежутки (для клеток в чашке Петри он составляет десять минут и повторяется три раза), взаимоотношение между нейроном-учителем и нейроном-студентом изменяется. Как изменились и наши отношения с Кэри после нескольких свиданий. Теперь от «учителя» требовалось подавать сигнал меньшей силы для получения более сильной ответной реакции со стороны «ученика». Такая ответная реакция называется поздней долговременной потенциацией. Даже в крошечном мире нейронов планомерное повторение тесно связано с процессом обучения.
Временной интервал, необходимый для синаптической консолидации, измеряется в минутах и часах, поэтому она называется быстрой консолидацией. Однако кратковременность этого периода не отменяет его важности. Любые действия – поведенческие, фармакологические или генетические, – вмешивающиеся в созданную взаимосвязь, блокируют формирование памяти в целом.
Такие данные свидетельствуют о том, что повторение имеет огромнейшее значение для обучения, по крайней мере если речь идет о двух нейронах в чашке Петри. А как обстоят дела с учениками в классе? Довольно простой мир клетки отличается от сложного мира мозга. Отдельный нейрон не имеет сотни синаптических связей с другими нейронами.
Таким образом, консолидация измеряется длительными временными промежутками, что подводит нас к вопросу о ее эффективном конечном использовании. Иногда данный феномен называют системной консолидацией или медленной консолидацией. Как вы сможете убедиться далее, термин «медленный» – более подходящий.
Разговорчивая супружеская пара
Чтобы продемонстрировать различия между синаптической и системной консолидацией, приведем в пример ядерное уничтожение. 22 августа 1968 года холодная война была в разгаре. В это время я изучал историю в старших классах школы и жил на базе ВВС в Центральной Германии, к сожалению, вблизи возможного эпицентра ядерного взрыва в случае выхода на сцену конфликта Европы.
Если бы вы побывали на моем уроке истории, он бы вам не понравился. Прежде всего, из-за монотонной манеры изложения темы о Наполеоновских войнах. Учительнице, француженке по происхождению, явно не хотелось находиться с нами в классе. И ее настроение не способствовало моей концентрации, так как при этом я был обеспокоен событиями предыдущего дня. Утром 21 августа 1968 года армия Советского Союза и войска организации Варшавского договора оккупировали территорию Чехословакии. Наша база военно-воздушных сил была вызвана по тревоге, и мой отец уехал накануне вечером. И все еще не вернулся домой.
Учительница указала на большую красивую картину, на которой была изображена битва под Аустерлицем, монотонно рассказывая о Наполеоновских войнах. Вдруг над самым моим ухом послышался раздраженный голос: «Разве я должна повторять дважды?» Очнувшись от рассеянности, я увидел, что учительница стоит возле моей парты. Откашлявшись, она повторила: «Я спрашиваю: кто был противником Наполеона в этих войнах?» Внезапно до меня дошло, что она обращается ко мне, и я выпалил первое, что пришло мне в голову: «Войска Варшавского договора! Нет? Подождите! Советский Союз!» К счастью, учительница обладала чувством юмора и отнеслась с пониманием к событиям того дня. Когда класс разразился хохотом, она тотчас оттаяла и, потрепав меня по плечу, вернулась к своему столу, качая головой. «Врагами была коалиция русских и австрийских войск, – она сделала паузу. – И Наполеон разгромил их».
В воспроизведении воспоминания о той позорной ситуации сорокалетней давности мне помогали многие системы памяти. Поэтому сейчас я бы хотел описать вам временные рамки системной консолидации.
Как и при битве под Аустерлицем, история формирования нейронных связей объединяет несколько войск нейронов: во-первых, кора головного мозга – этот тонкий, словно папиросная бумага, слой нейронов, окутывающий мозг, подобно воздуху, обволакивающему поле сражения, во-вторых, средняя часть височной доли, где приютился хорошо известный и часто упоминаемый старый солдат – гиппокамп. Эта драгоценность короны лимбической системы участвует в формировании долговременной памяти. (Этот психический процесс мы рассмотрели на примере взаимоотношений «учитель – ученик» между нейронами гиппокампа.)
Какова связь между корой головного мозга и средней височной долей, становится понятно из процесса формирования долговременной памяти. Нейроны «прорастают» из коры головного мозга в височную долю, что позволяет гиппокампу подслушать информацию, получаемую корой. Выполняя функцию разведчика, ветвистая сеть также проникает из височной доли в кору. Такая сложная обратная цепь позволяет гиппокампу отдавать приказы кортикальным областям, ранее получившим сигнал, и одновременно получать информацию от них. Таким вот причудливым образом в мозге формируются воспоминания. В результате действий упомянутой коалиции создается долговременная память. Тем не менее, как обеспечивается прочность воспоминаний, не совсем понятно даже после тридцати лет исследований. Впрочем, науке известны некоторые особенности взаимодействия этих участков головного мозга.
1. Сенсорную информацию гиппокамп получает от коры головного мозга, и воспоминания формируются в коре путем обратной связи.
2. Электрический контакт обеспечивается поразительной «общительностью» нейронов этих двух областей мозга. Спустя долгое время после получения сигнала гиппокамп и соответствующие нейроны коры головного мозга все еще продолжают «болтать» о нем. В описанный мной день я уже лег спать, а мой гиппокамп был занят тем, что передавал сигналы коре головного мозга об Аустерлице, вновь и вновь проигрывая воспоминания в памяти, пока я спал. Такой автономный процесс выступает безапелляционно в пользу режима сна. Важной роли ночного отдыха в обучении посвящена глава 7.
3. Так как эти две области головного мозга активно задействованы, создаваемые ими воспоминания непостоянны и изменчивы. Но на этом процесс не заканчивается.
4. Через некоторое время гиппокамп оставляет в покое кору головного мозга, что позволяет мозгу запомнить событие. Далее следует важное разбирательство. Гиппокамп отключается только в том случае, если корковая память полностью консолидирована – то есть кратковременная, изменчивая память преобразована в надежную и постоянную. Этот процесс представляет собой суть системной консолидации и включает комплексную реорганизацию областей мозга, обеспечивающих поддержку соответствующих энграмм.
Сколько же необходимо времени, чтобы отправить определенную информацию на долговременное хранение в абсолютно неизменном виде? Другими словами, сколько времени должно пройти, чтобы гиппокамп перестал взаимодействовать с корой головного мозга? Часы? Дни? Месяцы? Ответ удивляет практически всех. Правильный ответ – годы.
Помните пациента Г. М., которому удалили гиппокамп, тем самым лишив его способности кодировать новую информацию? А это значит, он совершенно не запоминал и новых знакомых, и каждый раз людям приходилось с ним знакомиться заново. Неспособность мозга кодировать и сохранять новую информацию называется антероградной амнезией. Однако у знаменитого пациента была еще и ретроградная амнезия – потеря памяти о прошлых событиях. Спроси вы Г. М., что произошло за три года до операции, за семь лет до операции, он не смог бы ответить. У больного начисто отсутствовали воспоминания. Если бы это было все, что вы знали о Г. М., можно было бы сделать вывод, что потеря гиппокампа приводит к полному уничтожению памяти. Однако же это не так. Г. М. отлично помнил о далеком прошлом, например о детстве. Он помнил свою семью, подробности различных событий и т. д. Приведу отрывок диалога между ним и ученым, наблюдавшим его долгие годы.
Ученый. Вы можете вспомнить какое-нибудь особенное для вас событие, например Рождество, день рождения, Пасху?
(Напомню, что этот человек не способен был запомнить, что встречался раньше с человеком, задающим ему этот вопрос, хотя тот работал с ним уже на протяжении десятилетия.)
Г. М. У меня есть некоторые мысли о Рождестве.
Ученый. И какие же?
Г. М. Ну, мой отец был с юга, поэтому не праздновал Рождество так, как принято тут, на севере. То есть мы не ставили елки и всякое такое. Он переехал на север, хотя и родился южнее Луизианы. Еще я помню название городка, в котором он родился.
Если Г. М. может вспомнить конкретные подробности о событиях далекого прошлого, должна существовать точка отсчета, с которой начинается потеря памяти. И где она? В результате подробных исследований было установлено, что память пациента начинает пропадать на границе одиннадцатилетнего периода, предшествующего операции. Если построить график его памяти, то он бы начинался с максимальной отметки и сходил на ноль за одиннадцать лет до операции – такой память Г. М. осталась навсегда.
