Временная организация памяти

По продолжительности закрепления и сохранения информации принято подразделять память на три вида.

1. Сенсорная (иконическая) память – непосредственное запечатление сенсорных воздействий, т.е. сохранение наглядных образов в виде четкого, полного отпечатка чувственных воздействий объекта на очень краткий промежуток времени – 0,25 с (однако по некоторым данным, он может продолжаться до 4 с). Это так называемые послеобразы. Их существование обусловлено постепенно затухающими следовыми процессами в изменении уровня поляризации мембран рецепторно-нейрональных структур анализатора. Если условия складываются таким образом, что информация не переходит в рецепторы кратковременной или долговременной памяти, то следовые процессы бесследно исчезают, особенно когда воздействует новый сигнал. Главной особенностью сенсорной памяти является ее неограниченная емкость. Рецепторами фактически запечатлевается все, что действует на организм, создавая основу эффективного функционирования других разновидностей памяти. Непосредственный отпечаток сенсорной информации не воспроизводим.

2. Кратковременная (краткосрочная) память– непосредственное запечатление совокупности объектов при одноактном восприятии ситуации, одновременная фиксация объектов, попавших в поле восприятия.

Этот вид памяти обусловливает первичную ориентировку при одномоментном восприятии обстановки, сохраняя не полный, а лишь обобщенный образ воспринятого, его наиболее существенные элементы.

Время функционирования кратковременной памяти – не более 30 с. Характеристикой кратковременной памяти является ее объем. Он в среднем равен от 5 до 9 единиц информации и определяется по числу объектов, которое человек в состоянии точно воспроизвести спустя несколько десятков секунд после однократного предъявления ему этой информации.

Эта память работает без предварительной сознательной установки на запоминание, но зато с установкой на последующее воспроизведение информации. При воспроизведении образов кратковременной памяти из них может извлекаться дополнительная информация.

Нервным субстратом кратковременной памяти является нейронная ловушка, образующаяся из цепи нейронов, в которой возбуждение одного из нейронов приводит к возбуждению других нейронов, после чего импульсы вновь передаются на первую клетку по ответвлению аксонов или аксонам вставочных нейронов, что обеспечивает длительную циркуляцию (реверберацию) импульсов возбуждения по замкнутым нейронным цепям. Доказательством такого механизма кратковременной памяти является тот факт, что все воздействия, способные прервать физико-химические процессы потенциалов действия (сотрясение мозга, электрошок, резкое охлаждение, химическое воздействие) выключают память, прерывают процессы запоминания. Считается, что сложные нейронные цепи образуются между таламусом и корой больших полушарий, преимущественно ее лобными и теменными областями. Для осуществления и особенно пролонгирования процесса реверберации существенное значение имеет функционирование гиппокампа и миндалевидного комплекса.

Разновидностью кратковременной памяти является оперативная память– избирательное сохранение (и актуализация) информации в течение определенного, заранее заданного срока в диапазоне от нескольких секунд до нескольких дней. Срок хранения сведений в этой памяти определяется задачей, стоящей перед человеком, и рассчитан только на решение данной задачи. После этого информация может исчезнуть из оперативной памяти.

Продуктивность оперативной памяти определяется способностью человека организовывать запоминаемый материал, создавать целостные комплексы – единицы оперативной памяти.

По длительности хранения информации этот вид памяти занимает промежуточное положение между кратковременной и долговременной.

Длительная циркуляция импульсов вызывает превращение динамических следов памяти в постоянные, т.е. вызывает их консолидацию. Консолидация – процесс перехода введенной в мозг информации (временных связей) из кратковременной памяти в долговременную.

3. Долговременная (долгосрочная) память – это память, способная хранить информацию в течение практически неограниченного срока. Отбор информации, входящей в долговременную память, связан с вероятностной оценкой ее будущей применимости, предвидением будущих событий.

Информация, попавшая в хранилища долговременной памяти, может воспроизводиться человеком сколько угодно раз без утраты. Более того, многократное и систематическое воспроизведение данной информации только упрочивает ее следы. Основным механизмом ввода данных в долговременную память обычно считается повторение, реализуемое на уровне кратковременной памяти. Но чисто механическое повторение не приводит к устойчивому запоминанию. Решающее значение имеет осмысленная интерпретация нового материала, установление связей между ним и уже известным. При этом может теряться внешняя, поверхностная форма запоминаемого сообщения, но смысл его удерживается долгое время.

Экспериментально было установлено, что время консолидации составляет 40–60 мин. Консолидация проявляется в виде постепенного повышения устойчивости вновь организованной временной связи к чрезвычайным воздействиям и зависит от особенностей обучения, функционального состояния мозга во время и сразу после обучения и ряда других факторов.

В осуществлении процесса консолидации принимают участие глубинные структуры мозга и, прежде всего, гиппокамп. При поражении гиппокампа выявляются нарушения памяти – невозможность усвоения нового материала.

Кроме того, имеются данные, указывающие на важную роль ретикулярной формации ствола мозга в закреплении временных связей, т.е. в превращении кратковременной памяти в долговременную.

В настоящее время существует несколько теорий, объясняющих механизм долговременной памяти.

Анатомическая теориясвязывает запоминание и хранение информации с образованием новых терминальных волокон, изменением их формы, размеров, развитием шипикового аппарата на дендритах нейронов, которые устанавливают связи с другими нейронами.

Существуют данные, свидетельствующие о том, что в синаптических контактах корковых нейронов при изменении их функционального состояния возникают синаптические выросты – шипики. Число и форма нейронных шипиков значительно меняются в процессе обучения, т.е. связаны с накоплением информации. Есть все основания полагать, что высокое интеллектуальное развитие человека, непременным условием которого является наличие хорошей памяти, всегда характеризуется богатством синаптических связей его мозга.

В последние годы все более и более серьезное внимание уделяется глиальной теории, которая связывает долговременную память с нейроглией. Предполагается следующий механизм участия глиальных клеток в осуществлении условно-рефлекторного механизма обучения. На стадии образования и упрочения условного рефлекса в прилегающих к нейрону глиальных клетках усиливается синтез миелина, который окутывает аксон и тем самым облегчает проведение по нему нервных импульсов, в результате чего повышается эффективность синаптической передачи возбуждения. Кроме того клетки нейроглии могут синтезировать особые вещества, облегчающие синаптическую передачу.

Установлено, что во время раздражения отдельных нейронов, повышение синтеза рибонуклеиновой кислоты (РНК) происходит в первую очередь в глиальных клетках. Удалось также экспериментально доказать, что импульсы возбуждения, приходящие в кору головного мозга, вызывают изменение активности не только нейронов, но также и клеток нейроглии. На основании этих данных был сделан вывод, что глиальные клетки более чувствительны к воздействиям, связанным с обучением.

По мнению американского ученого Р. Галамбоса, глия указывает нейронам порядок и последовательность их действия и может влиять на их возбудимость. Галамбос также приписывает глионам функцию хранения информации. Таким образом, в основе долговременной памяти могут лежать сопряженные изменения в нервно-глиальном комплексе центральных нервных образований.

Наиболее распространенной является химическая теория, автором которой является шведский ученый Г. Хиден (1959 г.) Он установил наличие тесной связи между степенью выработки двигательных навыков и содержанием РНК в нейронах соответствующих моторных центров. Обучая крыс определенным формам поведения, Хиден наблюдал заметное увеличение количества РНК в нервных клетках, участвующих в выработке вновь приобретенных навыков

Так как основным субстратом функциональных структур нейрона являются белковые соединения, а их различные модификации создаются матрицами РНК, на которых они синтезируются, то была выдвинута гипотеза о том, что информация, входящая в долговременную память, «записывается» структурой полинуклеотидной цепи молекулы РНК.

Разные потоки импульсов создают различное распределение ионных концентраций вдоль молекулы РНК и вызывают специфические для каждого сигнала перемещения нуклеотидов в их цепи. В результате каждый сигнал получает определенный отпечаток в структуре молекулы РНК. Поскольку структура молекулы РНК является матрицей для синтеза белковых соединений, специфические белки могут синтезироваться лишь по тому сигналу, который сформировал эту матрицу своим импульсным потоком. Все возможные перестановки и комбинации нуклеотидных элементов позволяют зафиксировать в молекулах РНК громадное количество информации – 10¹⁵-10²⁰ бит, что перекрывает объем человеческой памяти.

Однако гипотеза о нуклеотидном коде памятного следа встретилась со многими затруднениями, главное из которых – недолговечность молекулы РНК. В связи с этим внимание многих исследователей обратилось к более долговечным химическим компонентам структурно-функциональной организации клетки – белкам. Значение белков в механизмах формирования долгосрочной памяти продемонстрировано в опытах, где угнетение синтеза белка нарушало переход краткосрочной памяти в долгосрочную. Кроме того, было выяснено, что к возможным носителям долгосрочной памяти относится ряд пептидов – веществ, как и белки, состоящих из аминокислот, но более простых по своему строению. Такие пептиды ускоряют формирование условных рефлексов. Их действие на другие организмы воспроизводит выработанный навык, что рассматривается как явление «переноса памяти». Связь нейропептидов с памятью, по-видимому, определяется их участием в синаптической передаче. Кроме того, считается, что факторы пептидной природы могут участвовать в образовании временных связей как химический механизм воздействия подкрепляющих систем на генетический аппарат нервных клеток

На процессы формирования памяти также способны влиять некоторые гормоны. Так, вазопрессин улучшает обучение и консолидацию следов памяти, а окситоцин, напротив, вызывает забывание той или иной информации, амнезию. Эндорфины и энкефалины ухудшают формирование условных рефлексов и запоминание, но улучшают хранение уже имеющейся информации. ГАМК и ее аналоги существенно активизируют обучение, образование энграмм и воспроизведение хранящейся информации.