Том Зигфрид. Память, дофамин и энграммы: как забывание делает наш разум более эффективным

Как человеческий мозг стирает воспоминания и почему он это делает.

Забывание часто воспринимают как нежелательное явление. Некоторые люди, чтобы противодействовать забыванию, сооружают так называемые «дворцы памяти», используя мнемоническую технику, которую, по легенде, разработал еще древнегреческий поэт Симонид Кеосский (555-449 до н.э.) и недавно популяризировал Бенедикт Кембербетч, замечательно сыгравший Шерлока Холмса в одноименном сериале.

«Дворцы памяти» напоминают архитектурные сооружения, в которых воспоминания похожи на связанные между собой элементы. Шестнадцать веков назад святой Августин писал о «сокровищах бесчисленных изображений», которые хранятся в его «просторных дворцах памяти». Но ученые 21 века заметили один важный признак: даже в самых роскошных «дворцах памяти» нужны свалки.

«Существуют воспоминания, которых мы не хотим и не нуждаемся в них, — говорит нейроученый Мария Вимбер (Maria Wimber) из Университета Бирмингема (Соединенное Королевство). — Поэтому забывание — это хорошая и полезная вещь».

Воспоминания традиционно рассматривают как пассивный набор информации, записанной и сохраняемый в мозге. Хотя отдельные воспоминания действительно выгорают, как чернила на солнце, другие, кажется, мозг стирает умышленно — с помощью специальных клеточных и молекулярных механизмов, которые ученые только сейчас начинают открывать. И забывчивость — это не признак плохой памяти. «Собственно, компьютерные модели и исследования на животных показывают, что разумное использование памяти не может обойтись без забывания», — говорит Вимбер.

Рис. 1. Сила памяти на протяжении времени.
Кривая забывания Эббингауза, которая показывает, сколько информации остается в памяти с течением времени. Открыта немецким психологом Германом Эббингаузом (1850-1909). Современные исследователи используют этот график, чтобы проиллюстрировать конкуренцию между усилением памяти (или консолидацией, синие стрелки) и процессами, которые ухудшают и ослабляют воспоминания (забывание, розовые стрелки). Недавно сформированные воспоминания, которые еще не имели возможности консолидироваться, больше всего уязвимы. Больше всего информации забывается в течение примерно двух дней, а затем память стабилизируется, происходит консолидация.

Итак, забывание только кажется изъяном. На самом деле это одно из определяющих свойств мозга при обработке информации. Его роль заключается в том, что задача памяти — не просто хранить воспоминания, а позволять мозгу принимать правильные решения. Поэтому понимание того, как он стирает лишнюю информацию, очень важно. Например, оно поможет отыскать пути повышения умственной производительности или разработать терапии некоторых психических расстройств.

Энграммы памяти

Сама по себе память не является чем-то таинственным. Известно, что в ее основе лежат физические изменения, которые кодируют в мозге репрезентацию прошлого опыта. Эти элементы памяти называются энграммами и отвечают за воспроизведение в мозге картины прошлого, хотя и несовершенной. Многие ученые считают, что энграммы — это усиленные синапсы, передающие сигналы между нервными клетками (нейронами). Припоминание же заключается в активации сети этих сигналов, имитирующих оригинальный опыт.

«Основная теория состоит в том, что формирование энграмм связано с укреплением синаптических связей между популяциями нейронов, которые активны во время первичного опыта, — пишут Шина Госселин и Пол Фрэнкленд (Sheena Josselyn and Paul Frankland) в журнале Annual Review of Neuroscience. — Это увеличивает вероятность того, что такая же (или похожая) активность совокупности нервных клеток будет воссоздана в будущем».

Энграммы, очевидно, не содержат каждую деталь пережитого опыта. Некоторые переживания не оставляют после себя никаких записей. И это хорошо, считает Вимбер. «Слишком точная память — это совсем не то, к чему следует стремиться в долгосрочной перспективе. Такая память мешала бы обобщению воспоминаний и их приспособлению к новым жизненным ситуациям, — сказала она во время недавней конференции по нейронауке в Сан-Диего. — Если бы наши воспоминания были слишком точными, мы не могли бы их использовать, чтобы предвидеть будущие события».

Если бы ваше сознание сохраняло каждую деталь того, как, например, вас в парке укусил пес, то вы бы не знали, как остерегаться другого пса в другом парке. «Важна не фотографическая память, а более гибкая и генерализованная, в которой стиралось бы несколько из деталей опыта в пользу его основного содержания».

Такие «направленные» воспоминания являются не дефектом памяти, а скорее ее важным компонентом, пишут Фрэнкленд и Блейк Ричардс (Frankland and Blake Richards) в журнале Neuron за 2017 год. «Простые воспоминания, которые хранят только суть опыта и избегают его сложных деталей, позволяют эффективнее моделировать будущие события». По словам ученых, основная цель памяти состоит в «направлении разумного принятия решений».

Механизмы забывания или стирания памяти

Это происходит несколькими способами. Во-первых, забывание стирает ненужную информацию, которая поглощает ресурсы мозга. Во-вторых, воспоминания, которые слишком точно воспроизводят прошлое, ослабляют способность представлять различные сценарии будущего и делают поведение слишком негибким, чтобы справляться с постоянно изменчивыми ситуациями. В-третьих, неспособность забывать переполнила бы сознание нежелательными и травматическими воспоминаниями, как это, в частности, происходит во время посттравматического стрессового расстройства.

Роль забывания заключается также в том, что оно не является случайным процессом. Хотя в некоторых случаях забывание связано с неспособностью воспроизводить опыт, когда энграммы остаются невредимыми. Но ученые все больше убеждаются, что это может быть не полная картина. Как указывают исследователи Рональд Дэвис и Йи Жонг (Ronald Davis and Yi Zhong), мозг обладает эффективной системой управления данными. «Поскольку со временем в нем накапливается все больше энграмм, которые кодируют воспоминания, то логично, что он должен иметь механизмы устранения тех воспоминаний, которые не использует», — отмечают они в своей статье 2017 года в журнале Neuron.

Рис. 2. Стирание памяти.
Когда приобретаются воспоминания (вверху слева), следы памяти сохраняются путем молекулярных изменений в сетях клеток, образуя энграмму. Воспоминания, хранящиеся в энграмме, могут быть «пассивно» забыты различными способами (внизу слева), такими как потеря контекстуальных сигналов, позволяющих извлекать память, вмешательством других подобных воспоминаний, которые вносят помехи или просто распад нестабильных биологических материалов в клетках энграммы. Некоторые исследователи полагают, что «активное» забывание может более эффективно стирать память, чем пассивные механизмы. Существует несколько форм активного забывания, в том числе преднамеренные попытки подавить неприятные воспоминания (мотивированное забвение); забывание некоторых частей памяти путем поиска других частей; разрушение памяти, вызванное помехами от другой обработки информации; и «внутреннее» забывание — стирание информации клетками и биохимическими процессами как неотъемлемая часть аппарата памяти мозга для эффективного управления информацией.

Гипотеза активного и направленного забывания в нейронауке существует уже полвека, но только в течение последних 15 лет ученые накопили достаточно данных для ее подтверждения. Хотя эти исследования находятся еще на ранней фазе, ученые уже узнали некоторые тактики, которые мозг использует при стирании ненужной информации. В частности, упомянутые Дэвис и Жонг описали несколько исследований механизмов забывания, которые провели в течение прошлых лет.

Некоторые виды забывания действительно являются «пассивными» — результатом естественного разложения биологического материала, из которого формируются энграммы, или способности получать к ним доступ. Однако другие больше похожи на запущенную программу, которая стирает данные с нашего «хард-диска». Новые стимулы, например, могут вмешаться и расстроить старые воспоминания, а припоминание одних воспоминаний может вызывать потерю других. Но самое важное то, что нейроны могут посылать специальные сигналы с указанием стереть то или иное воспоминание, утверждают Жонг и Дэвис. «Мы считаем, что мозг имеет врожденную способность стирать нежелательные следы памяти, используя специфические сигнальные системы. Собственно, забывание может быть его основной стратегией в менеджменте информации», — пишут они.

«Я бы предположил, что забывание является программой, которая работает «по умолчанию». Эта программа как будто говорит: «Давайте все сотрем». И тут вмешивается другая программа, которая говорит: «Нет, это воспоминание нужно оставить», — говорит Дэвис.

Роль дофамина в запоминании и забывании

Из исследований на фруктовых мушках стало известно, что в процессах памяти участвует хорошо известный нейромедиатор дофамин. Мушки, например, помнят, что следует избегать запаха, который сопровождает удар электрическим током. В процессе запоминания участвуют нейроны, которые называются грибовидными телами. Электрический шок активирует другие нейроны, которые передают сигнал к грибовидным телам и инициируют биохимические реакции, кодирующие воспоминания, которые связывают шок с запахом. Но уже на следующий день это воспоминание теряется. Что-то его стирает — и исследования показывают, что эту роль выполняет также нейромедиатор дофамин.

Двойная роль дофамина как в формировании воспоминаний, так и в их стирании не является до конца понятной. Но известно, что грибовидные тела обладают двумя разными молекулярными «антеннами», которые взаимодействуют с дофамином: одна (молекула-рецептор) инициирует формирование воспоминания, а другая — его стирание. Какое задание выполняет дофамин в конкретное время, запоминания или забывания, может зависеть от контекста. Например, от различных биохимических условий, а также от того, насколько грибовидные тела активны в определенный момент.

Рис. 3. Участие дофамина в процессах памяти.
Фруктовые мушки запоминают запах, если его присутствие сопровождается поражением электрическим током. Эта память формируется потому, что шок стимулирует высвобождение молекулы дофамина из нервных клеток, связанных с грибовидными нейронами, в то же самое время, когда запах запускает клеточный сигнал (через кальций). При стимулировании дофамином «молекулярная антенна» или молекула рецептора (dDA1) на нейроне грибовидного тела инициирует химические реакции (через сигнальную молекулу цАМФ), которые реструктурируют грибовидное тело, укрепляя память. Память со временем исчезает, так как при отсутствии запаха более низкие уровни дофамина стимулируют другую молекулу дофаминового рецептора (DAMB), что приводит к ослаблению памяти.

Некоторые исследования показывают, что в процессе стирания воспоминаний также участвует белок под названием Rac1, который задействован в структурировании синапсов. Переформатирование синапсов в ответ на Rac1 может вызвать ослабление энграмм, а блокирование активности этого белка, в свою очередь, укрепляет воспоминания.

Rac1 может также быть вовлечен в еще один механизм забывания, в котором основную роль играет образование новых нервных клеток. Этот процесс называется нейрогенез. Исследования на крысах обнаружили, что новые нейроны, которые интегрируются в существующие нейросети, могут изменять конфигурацию последних. Такие изменения нервных связей приводят к распаду воспоминаний или затрудняют к ним доступ. Исследования на крысах показали, что блокирование нейрогенеза может сохранить воспоминания, а высокий его уровень, наоборот, способствуют забыванию. Однако до сих пор неизвестно, такие ли механизмы действуют и у людей, ведь вопрос о масштабах нейрогенеза у взрослых пока остается без однозначного ответа.

В любом случае, все свидетельствует о том, что существуют специальные молекулярные и клеточные механизмы, отвечающие за стирание воспоминаний. Работа этих процессов зависит от многих факторов — например физической активности, стресса и сна. Известно, что сон улучшает память. В своем исследовании 2015 года, опубликованном в Cell, ученые показали, что во время сна подавляется выделение маркеров на основе дофамина, отвечающих за забывание, и их попадание в грибовидные тела.

Если забывание играет ключевую роль в способности мозга успешно обрабатывать информацию, тогда понятно, что ошибки в этом процессе могут расстроить его работу. Очевидно, что сильные и жуткие воспоминания во время посттравматического стрессового расстройства связаны с нарушением процесса забывания. Нежелательные, повторяющиеся и навязчивые воспоминания также являются симптомом некоторых психических заболеваний — например, шизофрении. А невозможность забыть ощущения во время злоупотребление токсическими веществами затрудняет реабилитацию бывших нарко- и алкозависимых.

Основным практическим результатом данных исследований является то, что они могут в перспективе позволить создать препараты, которые будут укреплять нужные воспоминания и устранять нежелательные. Для этого, однако, нужно провести гораздо больше исследований.

«Мы находимся в самом начале понимания нейробиологии активного забывания», — говорит Рональд Дэвис. Сегодня не очень много ученых интересуется этой проблемой. Однако в будущем, по его ожиданиям, эта сфера привлечет гораздо больше внимания.

«Я убежден, что уже через пять лет эта комната будет переполнена. Целая толпа нейроученых придет в эту сферу», — заверил Дэвис. Если он прав, то будущие конференции, посвященные нейробиологии забывания, следует проводить в просторных дворцах с многочисленными урнами для мусора — возможно, даже с целыми свалками мусора.

Источник:

Why forgetting may make your mind more efficient, Knowable magazine, 2019