Почему мы помним. Как раскрыть способность памяти удерживать важное
Шрифт:
В том же году Фаране пригласила в Лондон группу ученых, в числе которых был и Эндель Тульвинг, и предложила им встретиться с одним из фигурантов статьи – подростком по имени Джон, которому диагностировали амнезию развития в 11 лет. Несмотря на амнезию, Джон продемонстрировал недюжинные познания в истории, с легкостью приводя факты вроде «В период Первой мировой войны Британская империя занимала примерно треть суши нашей планеты». Позже ученые повели Джона обедать, а Эндель Тульвинг задержался, чтобы составить тест на память, которым огорошил Джона по его возвращении. Вопросы Тульвинга выявили, что Джон практически ничего не помнил о том, что происходило за обедом, какой дорогой они шли в ресторан и что видели по пути. Как заметил Тульвинг, расхождения между семантической и эпизодической памятью Джона были так велики, что «он не был похож ни на какого другого пациента, когда-либо описанного в науке».
Исследования на таких пациентах, как Джон, недвусмысленно показали, что эпизодическая память опирается на гиппокамп. С тех пор картину дополнили данные фМРТ, посредством которых можно увидеть, как работает гиппокамп в неповрежденном мозге. Значительный прогресс в этой области наметился, когда стала доступна новая технология фМРТ, позволяющая наблюдать активность мозга в то время,
Работает это следующим образом: на фМРТ гиппокампа человека, выполняющего задания на память, видно, что в каждый конкретный момент одни пиксели ярче, другие – темнее. Их узор все время слегка меняется: конкретный пиксель может подсветиться или угаснуть. Раньше эти перемены считали «шумом» МРТ-аппарата [49] , но теперь стало ясно, что там есть и значимая информация. В 2009 году мы обедали с другом, Кеном Норманом, который сейчас руководит факультетом психологии в Принстоне, – он убедил меня повнимательнее вглядеться в эти узоры активности мозга. Тогда я задумался: что, если каждый раз, как мы обращаемся к воспоминанию о конкретном событии, этому событию соответствует уникальная схема активности мозга? Что, если каждый узор из ярких и темных пикселей подобен QR-коду, который можно отсканировать телефоном, и каждая уникальная конфигурация укажет на конкретное воспоминание? Если это так, то при помощи МРТ можно считывать «коды памяти», которые сообщат нам, как воспоминания располагаются в разных областях мозга [50] .
49
Джим Хэксби и его коллеги из NIMH провели одно из первых исследований в поисках полезной информации в паттернах активности на фМРТ (Haxby et al. 2001). Шон Полин и Кен Норман с коллегами из Принстона применили эту идею в новаторском исследовании, где использовали машинное обучение, чтобы извлекать информацию из паттернов вокселей (это называется «многовоксельный анализ паттернов», или MVPA) и декодировать контекст, по которому люди восстанавливали информацию из памяти (Polyn et al. 2005). Взглянув на данные, полученные моим студентом Люком Дженкинсом, Кен Норман предложил нам с Люком попробовать другой подход: репрезентативный анализ сходства (RSA; Kriegeskorte et al. 2008) – это и есть метод «кода памяти», который я описываю здесь. RSA, по-моему, более интересен, чем техники декодирования на основе машинного обучения, поскольку дает больше информации о том, связаны ли воспоминания о похожих людях, вещах или контекстах с похожими паттернами активности мозга. В 2010 году Гуй Сюэ и Расс Полдрак из Стэнфорда одновременно с нашей лабораторией опубликовали первые два исследования, использующие RSA для изучения эпизодической памяти (Xue et al. 2010, Jenkins, Ranganath 2010).
50
См. обзор того, как это работает, в Dimsdale-Zucker, Ranganath 2018.
Например, если бы я лег в МРТ-сканер и стал бы вспоминать, как мой брат Рави играл со своей собакой на недавнем семейном пикнике в парке, а затем вспомнил бы, как мы с ним встретились несколько лет назад, когда он выгуливал собаку по грязному тротуару своего района Сан-Франциско, – может быть, мы обнаружили бы сходные коды памяти для каждого из этих воспоминаний. Именно это мы обнаружили в экспериментах [51] , глядя на области неокортекса, в которых, предположительно, хранятся обобщенные факты: объект «Рави» и объект «его собака Зигги» присутствовали при событии. А вот в гиппокампе коды памяти для этих двух событий выглядели совершенно по-разному. Зато, когда мы смотрели на гиппокамп человека, вспоминающего два эпизода одного и того же события – например, я вспоминал встречу с Рави на пикнике в парке и свою жену Николь на том же пикнике, – коды памяти выглядели очень похоже.
51
В этом разделе я описываю не одно конкретное исследование. Пример, который я привожу, призван представить в упрощенной форме результаты большого количества исследований, которые мы провели с 2010 по 2020 год (Jenkins, Ranganath 2010, Hannula et al. 2013, Hsiehetal. 2014, Ritcheyetal. 2015, Libbyetal. 2014, 2019, Wangetal. 2016, Dimsdale-Zuckeretal. 2018, 2022). Техники RSA для исследования памяти развивала настоящая звездная команда, в составе которой были Халле Димсдейл-Цукер, Люк Дженкинс, Лора Либби и Фрэнк Се (тогда они были студентами в моей лаборатории), и Морин Ритчи (в то время постдок, а ныне успешный преподаватель в Бостонском колледже).
Эти данные помогли разгадать тайну мысленных путешествий во времени при помощи гиппокампа. Клеточные ансамбли, которые позволяют нам запоминать определенные элементы события: лицо Рави, вкус бутербродов на пикнике, лай его собаки – располагаются в разных областях мозга, которые обычно не общаются друг с другом. Единственное, что между ними общего, – они активировались примерно в одно и то же время. Гиппокамп же связан со многими из этих областей, и его задача – хранить отсылки к тем ансамблям, которые активируются одновременно. Если бы позже я снова посетил тот парк, мой гиппокамп помог бы заново активировать все эти клеточные ансамбли и заново пережить встречу с Рави. Гиппокамп позволяет нам «индексировать» воспоминания о событиях [52] не согласно тому, что произошло, а согласно тому, где и когда оно произошло.
52
Здесь
У такого способа формирования воспоминаний есть занятное побочное преимущество. Гиппокамп выстраивает воспоминания по контексту [53] , а потому, если вспомнить что-то одно, проще будет вспоминать и о других событиях, произошедших примерно в то же время в том же месте, получая более полную картину. Если вспомнить, как мы на пикнике резали арбуз, вспомнится и то, что было дальше – например, игры в волейбол и фрисби. Гиппокамп способен «катать» нас вперед-назад во времени, и для этого даже не понадобится расшатанный «Делореан».
53
Этот вывод называется эффектом временной смежности (Healey et al. 2019), и ряд исследований использовали этот эффект, чтобы показать, как гиппокамп организует эпизодические воспоминания в соответствии со временным и пространственным контекстом. Например, авторы Miller et al. 2013 фактически записывали активность клеток в гиппокампе у пациентов с эпилепсией, пока те перемещались в среде виртуальной реальности. Позже, когда пациенты вспоминали события из виртуальной реальности, у них активировались те же клетки, что в местах, где происходили эти события. См. также Umbach et al. 2020 и Yoo et al. Сходные данные из фМРТ-исследований см. в Deuker et al. 2016 и Nielson et al. 2015.
Здесь и сейчас
Сила эпизодической памяти – не только в том, что она позволяет пробраться в прошлое. Базовое восприятие реальности работает в том числе благодаря способности ориентироваться во времени и пространстве, и для этого часто приходится вспоминать недавнее прошлое. Вспомните, как просыпались среди ночи в незнакомой постели с мыслью «где я?». Чтобы ответить на этот вопрос, гиппокамп подтягивает нужные коды памяти: может быть, вы вспомните, что несколькими часами ранее заселились в отель, и с этими данными дезориентация быстро пройдет. Извлечение памяти о недавнем прошлом помогает найти опору здесь и сейчас. Согласно одной известной теории [54] , эпизодическая память возникла в процессе эволюции из первичной способности понимать, где мы находимся в мире. Молодой аспирант Питер Кук, с которым мне посчастливилось сотрудничать, показал, что эта способность необходима для выживания.
54
Джон О'Киф из Университетского колледжа Лондона и Линн Надель из Университета Аризоны представили теорию о том, что гиппокамп эволюционировал, чтобы дать нам восприятие собственного местонахождения, и что это, в свою очередь, заложило фундамент эпизодической памяти, которая основана как на пространстве, так и на времени (O'Keefe, Nadel 1978). О'Киф впоследствии получил Нобелевскую премию за открытие «клеток места» в гиппокампе, которые активируются, когда животное оказывается в определенном месте. За подробной эволюционной перспективой настоятельно рекомендую обратиться к Murray et al. 2017.
Мы познакомились на конференции по теме памяти. После нескольких студенческих выступлений о том, как люди запоминают списки слов, на сцену вышел Питер с серией коротких видеозаписей об экспериментах с научением у калифорнийских морских львов. Его исследования захватили мое воображение: мне никогда не приходила в голову сама возможность изучать память морских львов. Сразу после доклада я представился и уболтал Питера пригласить меня с семьей в лабораторию в Калифорнийском университете в Санта-Крузе. Пятилетняя Майра увидела вблизи морского льва и даже помогла со сбором данных. Питер тогда проводил тесты на память, и Майре досталось тянуть рычаги, чтобы открывать двери, и нажимать на кнопки, чтобы подавать морским львам сигналы.
В ходе нашего визита я узнал, что Питер изучал воздействие на гиппокамп домоевой кислоты. Этот морской биотоксин выделяется во время пагубного цветения водорослей, так называемых «красных приливов», и поднимается по пищевой цепочке: моллюски поедают водоросли, а их, в свою очередь, съедают морские львы, которые подвергаются воздействию высоких доз домоевой кислоты. У человека при его употреблении может возникнуть амнестическое отравление моллюсками: его симптомы – тошнота, рвота, спутанность сознания и потеря памяти. То же самое, по всей видимости, творилось под воздействием домоевой кислоты и с морскими львами. Питеру выпала уникальная возможность просканировать этих морских львов в аппарате МРТ, и он обнаружил, что у животных с отравлением домоевой кислотой оказывается значительно поврежден гиппокамп.
После того визита мы с Питером договорились совместно поработать над проектом, который стал одной из самых интересных моих работ по визуализации мозга. Я помогал Питеру разрабатывать новые тесты памяти для морских львов [55] . В одном из тестов львам нужно было запомнить расположение рыб, которых Питер запрятал в определенные места. В другом львы должны были запоминать свои недавние действия, чтобы успешно собрать рыб, разложенных по разным ведрам. Морские львы с отравлением домоевой кислотой справлялись с этими тестами из рук вон плохо. Исходя из тяжести повреждения гиппокампа, мы даже могли предугадать насколько. Наши исследования помогли объяснить, почему этих животных выносило на берег. Отказ гиппокампа их дезориентирует. Они теряются, не могут вспомнить, где кормились, недоедают и в итоге оказываются выброшенными на берег.
55
Питер – гений. Помимо нашего исследования (Cook et al. 2015) он изучал познание у других видов, включая даже МРТ-исследование ревности у собак (Cook et al. 2018).