Эдуард Коркотян, известный израильский нейробиолог, а с недавнего времени и профессор ПГНИУ, рассказал «Пермской трибуне» о том, как думает и запоминает мозг, где пребывает память и как лучше ею пользоваться.
— Как человек получает новые знания? Что такое интеллект, по мнению нейрофизиологов?
— В каком-то смысле интеллект — это широта спектра ассоциаций. Давайте посмотрим, как человек познаёт что-то новое. Допустим, на лекцию пришли два студента. Один усвоил знаний больше, а другой — меньше. Откуда такая разница в их способности аккумулировать знания? Мозг лучше усваивает знания, когда у него больше «зацепок». Процесс познания немного похож на то, как альпинист взбирается по скале. Когда она усыпана всевозможными выпуклостями и трещинами, то есть богата по своей фактуре, то альпинисту подъём даётся легче. Если же поверхность скалы абсолютно гладкая, то взобраться по ней гораздо сложнее. Высока вероятность того, что скалолаз сорвётся. Поэтому можно сказать, что мозг интеллектуала насыщен всевозможными сведениями разного характера (рельефом), которые позволяют ему включать в свой ассоциативный ряд всё новые и новые знания. Грубо говоря, чем больше вы знаете, тем проще усвоить новое. Это хорошо видно на примере изучения иностранных языков. Многие замечают, что усвоение второго и последующих языков даётся с каждым разом всё проще и проще.
— Можно ли сказать, что познавательные способности зависят от того, насколько хорошо структурирован мозг конкретного человека?
— Да, важную роль здесь играют кортикальные колонки. По вертикальной оси кора головного мозга состоит из шести слоёв. В каждом из них доминирует определённый тип клеток и их связей. Но вся эта слоистая поверхность поделена на своеобразные колонки — небольшие столбики или цилиндры. Чисто внешне колонки не отделены друг от друга, однако с функциональной точки зрения каждая из них является как бы микропроцессором, состоящим примерно из 100–110 клеток. Колонка нужна для локального анализа данных. Таким образом, кора мозга выглядит, как огромное скопление микропроцессоров, работающих параллельно. Специфика их работы зависит от конкретной зоны коры: одни отвечают за зрение, другие за слух, третьи генерируют память и речь. Всего кортикальных колонок в коре головного мозга человека порядка 100 млн. Чем более колонка насыщена связями и чем интенсивнее взаимодействует с соседними, тем выше эффективность её работы. С другой стороны, если таких связей и структур слишком много, то это обстоятельство как бы повышает «уровень шума» в коре. Подобное можно наблюдать у людей, страдающих аутизмом. Мыслительный шум в голове — это как раз то, на что жалуются многие из них. Считается, что к подобному эффекту приводит избыток связей в головном мозге. Естественно, природа этого «гула» не звуковая, а информационная. Возможно, чрезмерный шум не даёт таким людям сосредоточиться на чём-то конкретном.
— Но сегодня многие люди и так жалуются на некий информационный шум.
— Отмечу, что примерно один из 88 человек является в той или иной степени аутистом. Поэтому, учитывая среднее число социальных контактов, каждый из нас знаком как минимум с одним аутистом, хотя может и не догадываться об этом, а возможно, сам таковым является (смеётся). Для хорошей работы мозга важно, чтобы число связей между его структурами не было ни слишком малым, ни избыточным. В силу того, что мозг аутистов чрезвычайно насыщен контактами, некоторые из них становятся гениями, хоть и не без странностей (таких лиц в научной литературе называют савантами). По воспоминаниям людей, близко знавших Ньютона или Эйнштейна, можно заключить, что у этих учёных наблюдался синдром саванта.
— Существует ли какая-нибудь таблетка, которая бы усилила работу мозга, как в одном известном голливудском фильме?
— Подобных способов не существует. Такая таблетка была бы попросту опасна, так как действовала бы на весь мозг в целом, усиливая связи без разбора — как нужные, так и ненужные. Есть препараты противоположной направленности, например снотворные или успокоительные. Они активируют работу тормозной системы головного мозга, после чего его активность снижается, причём повсеместно, а не локально. То есть нам бы хотелось подавить какое-то конкретное переживание или неприятное воспоминание, но в итоге мы не смогли бы ни сесть за руль, ни с кем-то пообщаться. Приняв такую таблетку, лучше всего лечь спать. Почти то же самое, но с точностью до наоборот произойдёт с возбудительной системой мозга. Если принять, так сказать, «усиливающую» таблетку, то её воздействие будет безадресным и может закончиться перевозбуждением и эпилептическим припадком.
Разумеется, у мозга есть внутренние ресурсы для усиления тех или иных синапсов (места взаимодействия нейронов мозга), но нам лучше пока в эти процессы не вмешиваться. Мы их не до конца ещё понимаем, хотя прогресс огромен. Но усилить связь между нейронами можно гораздо проще: путём образования, обучения. Я хочу сказать, что синапсы сами усиливаются, когда работают, просто от прилагаемой к ним нагрузки. В этом смысле можно говорить о своего рода когнитивной тренировке. Следует помнить, что с возрастом количество синапсов естественным образом сокращается. Поэтому учиться нужно начинать как можно раньше. После достижения ребёнком приблизительно шестилетнего возраста количество синапсов стабилизируется, а позже начинает постепенно уменьшаться. Вообще, мозг пожилого человека нацелен не на учёбу, а на решение иных задач. Если молодой мозг жадно накапливает опыт, то мозг пожилого выполняет противоположную задачу — консервирует уже приобретённые знания. Это объясняется тем, что объём памяти ограничен, а при запоминании чего-то нового можно случайно повредить важные сведения, добытые ранее. В режиме консервации мозг как бы избавляется от всего лишнего, что может создать в нём лишний информационный шум. Мозг «считает», что если дожил, скажем, до 50 лет, то весь его предыдущий опыт был удачным, а значит, больше не нуждается в крупных дополнениях. Само по себе это неплохо, но несколько негативно сказывается на нашей способности познавать новое.
— Давайте перейдём к тому, как на биологическом уровне происходит взаимодействие между синапсами и что это такое? Как именно происходит передача сигнала в мозге?
— Сегодня наблюдается прорыв в понимании того, как вообще учатся клетки головного мозга или, если брать уровнем ниже, как нейроны взаимодействуют между собой. Места их контактов называются синапсами: в этом месте отросток одной клетки передает сигнал, а отросток другой — воспринимает. Синапс является наименьшим из элементов нейронной системы. Его размер составляет порядка 1 микрометра (0,001 миллиметра). Таких синапсов у каждой клетки головного мозга может быть от нескольких сотен до нескольких тысяч. Общее количество синапсов в головном мозге не поддается исчислению. Механизм синаптической передачи достаточно хорошо изучен в последние годы. Суть взаимодействия между клетками можно представить, как контакт между людьми. Он может усиливаться или ослабевать. Допустим, между двумя людьми крепнет дружба, соответственно, контакт между ними становится более тесным. Если же они начнут реже созваниваться, меньше общаться, то произойдет их взаимное отдаление. В конце концов, люди могут стать чужими друг другу. Эту аналогию вполне можно распространить на синапсы с той разницей, что процесс передачи и получения сигнала в нем занимает лишь несколько миллисекунд. Некоторые нейроны переговариваются друг с другом до 100 раз в секунду.
— От чего зависит степень близости и частоты контактов между синапсами? В чем суть механизма передачи сигналов в мозге?
— Для начала скажу, что сила контактов регулируется хорошо всем известным химическим элементом — кальцием. Сам импульс передается от одной клетки к другой смешанным, химическим и электрическим путём. Электрический импульс изменяет потенциал мембраны нервной клетки. Мембрана у клетки всегда заряжена, как батарейка. Короткое и резкое изменение заряда мембраны называется потенциалом действия. Внутри самой клетки сигнал транслируется в виде электрического импульса. От тела клетки он передается по длинному отростку (аксону), который оканчивается на древовидных, ветвистых отростках других клеток. Там разнообразные «входы» от различных клеток интегрируется и передается дальше, через аксон, к следующему нейрону. Само место передачи информации между клетками и есть синапс. Но в синапсах сигнал транслируется не электрическим, а химическим путём, посредством выделения особого вещества — нейромедиатора. Медиаторы делятся на две большие категории: возбудительные (они активизируют следующую клетку) и тормозные (наоборот, не дают ей возбудиться). С известной натяжкой можно сказать, что баланс процессов возбуждения и торможения и есть основа работы нервной системы.
— Как происходит процесс возбуждения клетки?
— Для того чтобы сработать, клетке нужно изменить свой потенциал, перейти из состояния покоя в фазу возбуждения. Сдвиг потенциала осуществляется благодаря таким ионам, как натрий и калий. Быстрый вход в клетку натрия через специальные ионные каналы сдвигает ее потенциал из отрицательной области в положительную. Этот процесс называется деполяризацией. Он обеспечивает выработку потенциала действия. Натрий является катионом, т. е. ионом с положительным зарядом. Изначально клетка бывает заряжена отрицательно (приблизительно до -60 милливольт), и вот — её заряд скачкообразно повышается до +30 милливольт. Перепад существенный, хотя сила тока весьма невелика. Для возврата потенциала в отрицательную область клетку покидает другой катион — калий. Наконец, особые ионные насосы восстанавливают нарушенный баланс нейронного натрия и калия.
— Какую роль при передаче сигнала играет кальций?
— Поначалу кальций играет пассивную роль, он не нужен для выработки потенциала действия, но все же в небольшом количестве просачивается в клетку в процессе ее деполяризации. Для нейрона кальций — это своего рода счетчик, по которому можно «судить» о том, насколько тот или иной контакт активен. Чем больше кальция проходит через синапс, тем важнее данная связь между клетками. Представим себе, что, пробегая круг на стадионе, мы каждый раз загибаем палец: так можно судить о пройденном расстоянии. Кальций играет роль загнутого пальца. Он запускает цепь сложных и ещё не до конца изученных процессов, которые усиливают работу определенного синапса. Так происходит процесс обучения в каждой паре клеток.
— Какова природа процесса обучения клетки?
— Обучение основано на синтезе белков. Дело в том, что белки в клетке постоянно возобновляются. Одни деградируют, а на смену им синтезируются новые. Синтез белков происходит как в ядре, так и локально, в отростках нейронов. Как уже говорилось, для деполяризации в клетку должен попасть натрий, который проходит через крошечные ионные каналы, расположенные на поверхности мембраны. Каналы — это особые пористые белки, которые способны открывать и закрывать просвет под действием нейромедиатора. Количество каналов непосредственно влияет на эффективность передачи сигнала в синапсе. Чем каналов больше, тем эффективнее работает конкретный синапс. Следовательно, для усиления синапса нужно синтезировать больше каналов, что и происходит под действием кальция в процессе запоминания. Возникают своего рода проторенные дорожки между клетками на основе усиленных синапсов. Такие активированные синапсы создают условия для более тесного взаимодействия между клетками. Их можно назвать элементами клеточной памяти, потому что усиленные синапсы весьма долговечны. Учёные не сомневаются, что усиление поддерживается днями, месяцами, а возможно, и годами. Можно попытаться перекинуть мостик от механизмов клеточной памяти к памяти мозга в целом, хотя прямые аналогии пока преждевременны.
— Как устроена человеческая память?
— Память мозга можно описать как точное перераспределение информационных потоков: усиливаются лишь нужные каналы передачи информации. По существу, тонкая настройка информационных потоков и является памятью.
— То есть память не пребывает локально в каком-то участке головного мозга?
— Да, память — это не что-то физически существующее в определённом месте. Это русла циркуляции нервных импульсов, работающие с высокой надёжностью. Но есть и противоположный механизм — забывание. В нём важную роль играет кальций. Установлено, что он способен как усиливать синапсы, так и ослаблять их. В функциональном смысле память делится на кратковременную и долговременную. Кратковременная память — это то, что мы помним недолго, но достаточно подробно. Наверняка, если я попрошу прямо сейчас повторить мои последние слова, то вы без труда сделаете это почти дословно. Минут через пять сделать это будет уже сложнее, а через 20 — почти невозможно. Завтра вы будете помнить в лучшем случае суть этого разговора, но не отдельные слова и уж тем более не окружающую обстановку: рельеф стен, щербинки на столе и т. п. Это происходит потому, что в мозге существует накопитель текущей информации, где та откладывается на очень непродолжительное время. Эта структура — гиппокамп — маршрутизирует память. Он определяет, что из кратковременной памяти перейдёт в долговременную, а что будет отброшено.
— Чем при этом гиппокамп руководствуется?
— Это ещё не вполне понятно. Работа гиппокампа весьма сложна. Однако есть небольшая подсказка. Гиппокамп соседствует с миндалевидным телом (амигдала), структурой, которая формирует эмоции. Кстати, одна из самых выраженных и важных эмоций — это страх. Поэтому потеря амигдалы сопровождается патологической потерей страха. Соседство гиппокампа и амигдалы как бы намекает на то, что в долговременную память попадут эмоционально окрашенные (не важно, положительно или отрицательно), небезразличные нам события. Есть ещё один путь, помимо потока текущих событий, с помощью которого можно задействовать амигдалу, — это эмоционально окрашенные воспоминания, взятые из прошлого. Мы как бы искусственно добавляем к текущим событиям «чужую» эмоциональную окраску. То есть умеем дополнять новое знание эмоциональностью из собственной памяти. Соединение событий прошлого с событиями текущего момента называется ассоциативностью.
— Значит, человеческая память работает по принципу ассоциативности?
— Да, в отличие от компьютера, который просто ведёт записи встык, одну за другой, а для воспроизведения сохраняет точный адрес, к которому можно в любой момент обратиться, наша память построена не по принципу «ближайшего свободного места», а по правилу ассоциативной связи между событиями. Ассоциации могут быть как чёткими, так и расплывчатыми. Например, события между собой может связывать запах, интерьер, интонация, похожий контекст и т. д. Именно косвенные связи позволяют нам вспоминать некое событие по «подсказкам». Мы идём к ним, как по хлебным крошкам ассоциаций, так что успех воспоминания не гарантирован. Можно счесть за благо, что наша память устроена именно так. Многие виды искусства — поэзия или музыка — как раз эксплуатируют ассоциативность мышления и воспоминаний. Казалось бы, обычное повествование гораздо адекватнее и информативнее, чем довольно странная с рациональной точки зрения передача рифмованных и ритмизированных слов и фраз. Однако поэтическая речь, как говорится, «западает в душу». Это — прямое отражение ассоциативности нашего мышления. Здесь есть некое полуузнавание, предвидение того, что мы услышим или прочтём в следующий момент.
— А как происходит запоминание более абстрактной информации, например, во время обучения в школе или вузе?
— Эта информация, конечно, не западает в душу, поэтому обучение абстрактным вещам даётся непросто. Чем более абстрактно и отвлечённо знание, чем сложнее его ассоциировать с чем-то, тем труднее запомнить. Кстати, многие мнемонисты (люди, владеющие приёмами запоминания) иногда искусственно придумывают некий рассказ, чтобы связать сложные понятия при помощи любой, даже самой нелепой истории. Мы легче запоминаем целое, чем частное. Наш мозг склонен к тому, чтобы объединять отдельные элементы в некий общий сюжет. И если овладеть методикой вписывания сложных элементов в целостный рассказ, то запоминать станет легче.
— А откуда берутся ложные воспоминания?
— Вообще всё, что связано с запоминанием, происходит примерно следующим образом. Какое-то событие отложилось, точнее, стало циркулировать в виде импульсов в локальной части мозга. Если это событие оказалось значимым (вызвало сильную эмоциональную реакцию), то человек периодически к нему возвращается, запоминает надолго и регулярно вспоминает. Для этого воспоминание вновь и вновь загружается из памяти в сознание. После переноса в сознание человек начинает всячески манипулировать образом, искажать, менять… Затем искажённое воспоминание вновь перезаписывается в память, порой изменившись до неузнаваемости. Причём у человека может даже не быть способа отличать «отредактированное» воспоминание от изначального варианта. То есть любое воспоминание, которое мы часто воспроизводим, является в той или иной степени фальшивым. И чем чаще воспоминание путешествует в сознание и возвращается в память, тем больше оно искажается. Психологи рекомендуют использовать этот механизм в качестве терапевтического средства при наличии тяжёлых, мучительных воспоминаний. Пациенту под руководством психолога предлагается воспроизводить мучительные эпизоды, которые он пытается изменить. Надо лишь постараться найти в них что-то смешное, скучное, нейтральное — всё то, что позволит изменить отношение к этому эпизоду. Над тем, чтобы плохое воспоминание стало лучше, следует поработать. Правда, после этого вряд ли получится воспроизвести эпизод в первозданном виде. Но это не более чем гипотеза. Возможно, в мозгу существуют «закоулки», в которых воспоминания сохранены в своём первозданном виде и живут там параллельно с видоизменёнными версиями, а доступ к ним открывается вдруг, иногда совершенно случайно.
