Почему мы помним. Как раскрыть способность памяти удерживать важное
Шрифт:
Вначале рассуждения Тульвинга звучали для психологов спорно. Но за последующие 50 лет ученые собрали множество свидетельств, подтверждающих его предположения о том, что мы способны перезагружать сознание до состояния, в котором оно пребывало во время события в прошлом. Эпизодическая память – не просто вспоминание: она соединяет нас с мимолетными мгновениями прошлого, которые делают нас теми, кто мы есть сейчас.
Люди – роботы: 1:0
Разница между эпизодической и семантической памятью – основной фактор, позволяющий людям так быстро и эффективно учиться. Одно из свидетельств в пользу этого, как это ни странно, обнаруживается в исследованиях того, какие виды научения особенно трудно даются машинам. Многие продвинутые программы с искусственным интеллектом – от умных помощников вроде Алексы и Сири до прошивки беспилотных автомобилей – основаны на «нейронных сетях» – алгоритмах, которые в абстрактном виде воспроизводят научение так, как оно устроено в мозге [42] . Каждый раз, когда нейронная сеть при тренировке заучивает некий факт, меняются связи между ее смоделированными нейронами. По мере того как сеть выучивает все больше фактов, смоделированные клеточные ансамбли постоянно перекомпоновываются, голосуя уже не за отдельный выученный факт, а отражая целую категорию знания. Так, например, вы можете научить сеть следующему:
42
Нейронные сети были отчасти
«Орел – птица. У него есть перья, крылья и клюв. Он летает».
«Ворон – птица. У него есть перья, крылья и клюв. Он летает».
«Сокол – птица. У него есть перья, крылья и клюв. Он летает».
Со временем компьютерная модель все лучше учится фактам о новых птицах, так как опирается на уже известное. Если сеть узнает, что чайка – птица, клеточные ансамбли могут заполнить пропуски и догадаться, что чайка умеет летать. Но что, если научить ее чему-то другому?
«Пингвин – птица. У него есть перья, крылья и клюв. Он плавает».
Теперь у машины возникнут сложности: пингвин отвечает всем признакам птицы, кроме одного. Пингвин – исключение из правила, согласно которому все птицы летают, так что, когда компьютер выучит исключение, он забудет то, что выучил раньше о признаках птиц. Это называется катастрофической помехой, и для машинного обучения это действительно катастрофа. Решение состоит в том, чтобы учить машину очень медленно: тогда, выучив исключение, она не будет тут же отказываться от правила. Это значит, что для эффективного выполнения задач нейронным сетям нужно очень много тренироваться и им плохо удается быстро приспосабливаться к сложности реального мира. Даже в наши дни самые сложные воплощения искусственного интеллекта нужно тренировать на колоссальных объемах данных, прежде чем они будут способны произвести что-то интересное.
Люди, как и описанные выше нейронные сети, отлично извлекают общие знания из прошлого опыта, так что мы можем делать предположения и допущения о ситуациях в будущем («Это смахивает на птицу, так что можно ожидать, что оно улетит»). Но, в отличие от машин, мы не даем сбой при каждом столкновении с отклонениями, потому что у нас есть еще и эпизодическая память. Она не предназначена для того, чтобы улавливать общее в нашем опыте: она хранит и регистрирует каждое событие по отдельности, благодаря чему вы не путаетесь, когда выучиваете исключение из правила [43] .
43
Исследования с помощью фМРТ и компьютерное моделирование моего однокурсника Брэда Лава показали, что гиппокамп действительно привлекается для изучения исключения из правила. См., например, Love, Medin 1998 и Davis et al. 2012.
Вооружившись эпизодической и семантической памятью, мы можем быстро выучить как правило (большинство птиц летает), так и исключение (пингвины – птицы, которые плавают). В реальном мире это позволяет нам черпать информацию, на которую обычно можно полагаться, – например, оптимальный маршрут на работу, – но оставаться при этом достаточно гибкими, чтобы приспосабливаться к необычным обстоятельствам – например, поехать другим маршрутом, вспомнив, что дороги временно перекрыты из-за строительных работ.
Собрав воедино данные о нейроанатомии, активности мозга, последствиях повреждения мозга у человека и о компьютерных моделях, ученые пришли к выводу, что мозг решает проблему катастрофических помех при помощи систем, которые учатся по-разному. Неокортекс – огромная серая масса мозгового вещества, которую я описывал в первой главе, – работает как обычная нейронная сеть: позволяет нам улавливать факты, будь то знания о птицах или о погоде в Ченнаи в июне. Гиппокамп, надежно запрятанный в сердцевине мозга и тоже упомянутый в предыдущей главе, отвечает за удивительную способность мозга быстро создавать новые воспоминания о событиях, чтобы мы могли быстро усвоить странный опыт, не укладывающийся в рамки прошлых знаний, – например, нежаркий и сухой летний день в Ченнаи.
Коды памяти
Гиппокамп изучают, пожалуй, больше всех прочих областей мозга. Для многих нейробиологов он синонимичен памяти – в частности, благодаря исследованию нейропсихолога-новатора Бренды Милнер. В 1957 году она опубликовала статью [44] , в которой познакомила мир с пациентом Г. М. – имя его не раскрывали, и он прославился в научной литературе именно под своими инициалами. Теперь мы знаем, что его звали Генри Молисон; молодой человек страдал от тяжелых припадков более десятка лет, он не мог найти работу и жить нормальной жизнью. Когда ему было около тридцати, он согласился на радикальную экспериментальную операцию: ему удалили около пяти сантиметров ткани [45] с левой и правой сторон гиппокампа, а также окружающую ткань неокортекса в височных долях. Операцию провел нейрохирург Уильям Сковилл. После нее симптомы эпилепсии у Г. М. смягчились, но также у него проявилась сильная амнезия. Расстройство памяти у Г. М. было столь серьезным, что если бы вы заговорили с ним и вышли из комнаты меньше чем на минуту, то по вашем возвращении он бы уже не помнил никакого разговора. Статья Милнер, в которой образование новых воспоминаний однозначно связывалось с гиппокампом, прогремела по всему миру, вдохновив целое поколение ученых начать разбираться в том, как и почему эта крошечная зона человеческого мозга позволяет нам возвращать к жизни прошлое. Вклад Милнер в науку о памяти был столь значителен, что спустя несколько лет после публикации исследования о Г. М. легендарный
44
Милнер тогда училась в аспирантуре Университета Макгилла в Монреале, ее научными руководителями были Дональд Хебб, который стал легендой в нейронауке, и блестящий нейрохирург Уайлдер Пенфилд (дополнительную информацию о работе Милнер в этот период можно найти в Xia 2006). Пенфилд практиковал хирургическое лечение эпилепсии, отсекая часть височной доли в одном полушарии, тем самым удаляя область, вызывающую приступы. Милнер впервые наблюдала дефицит памяти у пациентов с удалением височных долей в своей работе с Пенфилдом (Penfield, Milner 1958). Когда они сообщили о своих наблюдениях на конференции, с Пенфилдом связался нейрохирург Уильям Сковилл, который описал свой сходный опыт. Для лечения ряда психиатрических и неврологических расстройств Сковилл разработал радикальную процедуру, отсекая височные доли в обоих полушариях мозга. Он также попробовал это на Генри Молисоне, пытаясь излечить его тяжелую эпилепсию. Сковилл пригласил Милнер изучить его пациентов, включая Г. М., у которого была тяжелая амнезия (Scoville, Milner 1957). Теперь мы знаем, что односторонние удаления височных долей, какие делал Пенфилд, на самом деле могут улучшить память, если удастся верно определить ту сторону мозга, которая вызывает приступы. У пациентов, у которых возникли проблемы с памятью, была удалена неповрежденная ткань. Процедура Сковилла всегда ухудшала память пациентов, потому что систематически уничтожала как зону приступов, так и ткань на другой стороне мозга, на которую пациент опирался. Это как снять спущенную шину – и заодно целую с другой стороны автомобиля. Больше информации о замечательной жизни Г. М. и его влиянии на науку о памяти можно найти в книге Permanent Present Tense: The Unforgettable Life of the Amnesic Patient, H. M., мемуарах 2013 года покойной Сьюзен Коркин, которая много лет работала с мистером Молисоном.
45
Большинство нейробиологов ошибочно приписывают плотную амнезию Г. М. повреждению гиппокампа, но на самом деле Г. М. потерял только передние две трети гиппокампа, в то время как задняя треть была сохранена. Он получил массивное повреждение серого и белого вещества неокортекса (Corkin et al. 1997, Anneseetal. 2014), и тяжесть нарушений его памяти была, скорее всего, обусловлена именно этим.
46
Roth H., Sommer B. W. InterviewwithBrendaMilner, Ph.D., Sc. D. American Academy of Neurology Oral History Project, December 2, 2011.
После эпохальной публикации Милнер вопрос, которым задавалась нейробиология, заключался уже не в том, участвует ли гиппокамп в процессах памяти, а в том, как именно он это делает. Дальнейшие исследования показали, что Г. М. и другие пациенты с тяжелой амнезией (возникшей от разных причин – например, герпетического энцефалита или корсаковского синдрома) имели одинаковые затруднения с тем, чтобы вспоминать недавние события и заучивать новые факты. Некоторые ученые делали из этого вывод о том, что гиппокамп служит универсальным носителем памяти [47] и что по крайней мере в отношении гиппокампа тульвинговское разделение на эпизодическую и семантическую память не имеет значения.
47
Эту точку зрения наиболее убедительно сформулировал Ларри Сквайр: он утверждал, что гиппокамп необходим для «декларативной памяти», которая включает как новое семантическое обучение, так и эпизодическую память (см. обзор в Squire, Zola 1998). Я в целом согласен с представлением о том, что наличие гиппокампа позволяет человеку использовать эпизодическую память, чтобы быстрее заучивать новые факты. В этом, в общем, состоит довод McClelland et al. 1995, описанный ранее. Однако, как я объясню позже, периринальная кора может быть основой получения новых семантических знаний.
Вывод был преждевременным. Из исходной статьи Бренды Милнер было ясно, что у Г. М. был поврежден не только гиппокамп, но и другие области мозга. С появлением технологии МРТ стало очевидно, что это было преуменьшением. Сковилл удалил у Г. М. примерно треть височных долей, а попутно разворотил заметный кусок белого вещества, который в нормальных условиях позволяет множеству других неповрежденных областей мозга сообщаться друг с другом. В результате мы не можем говорить о том, какие функции памяти у Г. М. базировались конкретно на гиппокампе, а какие – на всех прочих областях мозга, затронутых операцией. Чтобы ответить на этот вопрос, придется изучать память у людей, нарушения мозга у которых были намного более локальны и ограничивались гиппокампом.
Именно этим занялась в 1997 году доктор Фаране Варга-Хадем, нейропсихолог из Университетского колледжа Лондона [48] , – и обнаружила, что Эндель Тульвинг был прав, проводя различия между эпизодической и семантической памятью. Фаране изучала подростков и молодых людей с амнезией развития – этот термин она придумала для описания людей, страдающих от нарушений памяти в раннем возрасте. Увы, это встречается чаще, чем можно подумать, и причины могут быть самые разнообразные: недоношенность, диабетическая гипогликемия, несчастные случаи с утоплением, нехватка кислорода в мозге при родах, когда пуповина обвивается вокруг шеи младенца. Во всех этих случаях первым в мозге страдает гиппокамп. В передовой работе 1997 года Фаране описала три случая людей, у которых в раннем детстве пострадал именно гиппокамп. Основываясь на данных о Г. М., можно предположить, что эти дети росли с задержками в развитии и не могли приобретать знания, необходимые, чтобы ориентироваться в мире. На самом же деле, хоть у них и присутствовала заметная амнезия на события, они могли приобретать новые семантические знания в школе, хоть и учились, вероятно, медленнее сверстников с исправным гиппокампом.
48
Варга-Хадем была не первым исследователем амнестических пациентов с повреждениями, ограниченными (более или менее) гиппокампом, но ее отчет (Vargha-Khadem et al. 1997) уникален тем, что фокусируется на амнезии развития. История с Варга-Хадем, Джоном и Энделем Тульвингом описана в Vargha-Khadem, Cacucci Squire, Zola 1998 утверждали, что Джон и другие люди с амнезией развития могли получать новые семантические знания, потому что у них до некоторой степени сохранилась эпизодическая память, но при этом все еще непонятно, каким образом люди с такой глубокой амнезией все же могли заучивать факты намного быстрее, чем взрослые с повреждением гиппокампа. Они явно опирались на пластичность неокортекса. Squire, Zola 1998 также утверждали, что эпизодическая и семантическая память различаются уровнем зависимости от префронтальной коры, но данные, собранные с момента публикации их статьи, привели к общему консенсусу, согласно которому префронтальная кора критически важна для контролируемого извлечения как семантических, так и эпизодических воспоминаний. Есть некоторые основания полагать, что части медиальной префронтальной коры вносят вклад в субъективный, от первого лица, опыт мысленного путешествия во времени, но существуют неопровержимые доказательства того, что контекстно-зависимая составляющая эпизодической памяти полагается на гиппокамп, а не на префронтальную кору (см. обзор в Ranganath 2024).