Как мы учимся. Почему мозг учится лучше, чем любая машина… пока

Конечно, мозг не ведет учет всех событий, которые произошли в нашей жизни. В синапсах запечатлеваются только те моменты, которые он считает наиболее важными. Синаптическая пластичность модулируется нейротрансмиттерами, в частности ацетилхолином, дофамином и серотонином, которые сигнализируют, что конкретно заслуживает места в нашей памяти. Например, дофамин – это нейромедиатор, связанный с вознаграждением: едой, сексом, наркотиками… и да, даже рок-н-роллом!⁹⁹ Дофаминовая система реагирует на все, что мы любим, на каждый стимул, к которому мы выработали «зависимость». Именно она сообщает остальному мозгу, что текущие ощущения носят позитивный характер и превосходят ожидания. Ацетилхолин – напротив, нейромедиатор более общего толка, который сопряжен со всеми важными моментами, как приятными, так и трагическими. Например, многие американцы могут вспомнить мельчайшие подробности того, что они делали 11 сентября 2001 года, когда узнали о нападении на Всемирный торговый центр. Почему? Потому что в тот день ураган нейромедиаторов пронесся по их нейронным сетям, вызвав массовые изменения в синапсах. Одна такая сеть особенно важна: это миндалевидное тело – группа подкорковых нейронов, которые активируются главным образом в ответ на сильные эмоции и посылают сигналы в близлежащий гиппокамп, где хранятся важнейшие эпизоды нашего существования. Таким образом, синаптические модификации в первую очередь акцентируют те факты нашей жизни, которые эмоциональные системы мозга сочли наиболее значимыми.

Способность синапсов к модификации на основе активности пресинаптических и постсинаптических нейронов первоначально была обнаружена в искусственных условиях. Исследователям пришлось стимулировать нейроны очень быстрыми и сильными электрическими разрядами, прежде чем сила их синапсов изменилась. После этого травматического опыта синапсы несколько часов пребывали в модифицированном состоянии, которое получило название «долговременной потенциации» и казалось идеальным для сохранения воспоминаний на длительный срок¹⁰⁰. Но используется ли этот механизм мозгом для хранения информации в нормальных условиях? Первые данные удалось получить от аплизии калифорнийской – морского слизня с гигантскими нейронами. Это существо лишено мозга в привычном смысле этого слова, зато обладает большими скоплениями нервных клеток, называемых ганглиями. Именно в этих структурах нобелевский лауреат Эрик Кандел обнаружил целый каскад синаптических и молекулярных модификаций, вызванных классическим обусловливанием (животное приучалось ждать пищу, почти как собака Павлова)¹⁰¹.

По мере развития методов визуализации синапсов ученые смогли убедиться и в той немаловажной роли, которую играет синаптическая пластичность в научении. Синаптические изменения происходят именно в тех системах, которые животное использует для научения. Когда мышь учится избегать места, где она получила небольшой удар током, синапсы гиппокампа – структуры, отвечающей за пространственную и эпизодическую память, – изменяются¹⁰²: связи между гиппокампом и миндалевидным телом «запоминают» травматический опыт. Когда мышь пугается звука, аналогичные изменения претерпевают синапсы, соединяющие миндалевидное тело со слуховой корой¹⁰³. Примечательно, что эти изменения не просто происходят во время научения: по-видимому, они играют в нем каузальную роль. Одно из доказательств состоит в следующем: если в течение нескольких минут после травматического события вмешаться в молекулярные механизмы, позволяющие синапсам менять свою силу в ответ на научение, животное в конечном итоге ничего не запомнит¹⁰⁴.

Память

Что такое память? И каков ее физиологический базис в мозге? Большинство исследователей разграничивают периоды кодирования и запоминания¹⁰⁵.

Начнем с кодирования. Все наши чувственные ощущения, действия и мысли зависят от активности определенного подмножества нейронов (в то время как другие пребывают в неактивном или даже ингибированном состоянии). Тип этих активных нейронов, локализованных во многих областях мозга, определяет содержание наших мыслей. Когда я вижу, скажем, Дональда Трампа в Овальном кабинете, одни нейроны (в нижней части височной доли) реагируют на его лицо, другие (в верхней части височной доли) – на его голос, третьи (в парагиппокампальной области) – на убранство его кабинета, и так далее. Единичные нейроны могут обеспечивать некоторую информацию, однако воспоминание в целом всегда кодируется несколькими взаимосвязанными группами нервных клеток. Допустим, я столкнусь на работе с коллегой. Каскад активности несколько иной группы нейронов позволит мне не спутать его с президентом, а его кабинет – со знаменитой овальной комнатой. Различные группы нейронов кодируют разные лица и места, но, поскольку эти нейроны взаимосвязаны, один вид Белого дома наверняка вызовет в памяти лицо Трампа. С малознакомым коллегой этот номер не пройдет: едва ли я узнаю его вне рабочего контекста – например, в спортзале.