Поводом написания данной статьи послужила публикация материала американских неврологов на тему измерения емкости памяти головного мозга человека, и представленная на GeekTimes днем ранее.
В подготовленном материале постараюсь объяснить механизмы, особенности, функциональность, структурные взаимодействия и особенности в работе памяти. Так же, почему нельзя проводить аналогии с компьютерами в работе мозга и вести исчисления в единицах измерения машинного языка. В статье используются материалы взятые из трудов людей, посвятившим жизнь не легкому труду в изучении цитоархитектоники и морфогенетике, подтвержденный на практике и имеющие результаты в доказательной медицине. В частности используются данные Савельева С.В. учёного, эволюциониста, палеоневролога, доктора биологических наук, профессора, заведующего лабораторией развития нервной системы Института морфологии человека РАН.
Прежде, чем преступить к рассмотрению вопроса и проблемы в целом, мы сформулируем базовые представления о мозге и сделаем ряд пояснений, позволяющих в полной мере оценить представленную точку зрения.
Первое что вы должны знать: мозг человека — самый изменчивый орган, он различается у мужчин и женщин, расовому признаку и этническим группам, изменчивость носит как количественный (масса мозга) так и качественный (организация борозд и извилин) характер, в различных вариациях эта разница оказывается более чем двукратной.
Второе: мозг самый энергозатратный орган в человеческом организме. При весе 1/50 от массы тела он потребляет 9% энергии всего организма в спокойном состоянии, например, когда вы лежите на диване и 25% энергии всего организма, когда вы активно начинаете думать, огромные затраты.
Третье: в силу большой энергозатраты мозг хитер и избирателен, любой энергозависимый процесс невыгоден организму, это значит, что без крайней биологической необходимости такой процесс поддерживаться не будет и мозг любыми способами старается экономить ресурсы организма.
Вот, пожалуй, три основных момента из далеко не полного списка особенностей мозга, которые понадобится при анализе механизмов и процессов памяти человека.
Что же такое память? Память – это функция нервных клеток. У памяти нет отдельной, пассивной эноргонезатратной локализации, что является излюбленной темой физиологов и психологов, сторонников идеи нематериальных форм памяти, что опровергается печальным опытом клинической смерти, когда мозг перестает получать необходимое кровоснабжение и примерно через 6 минут после клинической смерти начинаются необратимые процессы и безвозвратно исчезают воспоминания. Если бы у памяти был энергонезависимый источник она могла бы восстановиться, но этого не происходит, что означает динамичность памяти и постоянные энергозатраты на ее поддержание.
Важно знать, что нейроны, определяющие память человека, находятся преимущественно в неокортоксе. Неокортекс содержит порядка 11млрд. нейронов и в разы больше глии. (Глия – тип клеток нервной системы. Глия является средой для нейронов глиальные клетки служат опорным и защитным аппаратом для нейронов. Метаболизм глиальных клеток тесно связан с метаболизмом нейронов, которые они окружают.
Неокортекс:
Глии, связи нейронов:
Хорошо известно, что в памяти информация хранится разное время, существуют такие понятия как долговременная и кратковременная память. События и явления быстро забываются, если не обновляются и не повторяются, что очередное подтверждение динамичности памяти. Информация определенным образом удерживается, но в отсутствии востребованности исчезает.
Как говорилось ранее, память – энергозависимый процесс. Нет энергии – нет памяти. Следствием энергозависимости памяти является нестабильность ее содержательной части. Воспоминания о прошедших событиях фальсифицируются во времени вплоть до полной неадекватности. Счета времени у памяти нет, но его заменяет скорость забывания. Память о любом событии уменьшается обратно пропорционально времени. Через час забывается ? от всего попавшего в память, через сутки – 2/3, через месяц – 4/5.
Рассмотрим принципы работы памяти, исходя из биологической целесообразности результатов ее работы. Физические компоненты памяти состоят из нервных путей, объединяющих одну или несколько клеток. В них входят зоны градуального и активного проведения сигналов, различные системы синапсов и тел нейронов. Представим себе событие или явление. Человек столкнулся с новой, но достаточно важной ситуацией. Через определенные сенсорные связи и органы чувств человек получил различную информацию, анализ события завершился принятием решения. При этом человек доволен результатом. В нервной системе осталось остаточное возбуждение – движение сигналов по сетям, которые использовались при решении проблемы. Это так называемые «старые цепи» существовавшие до ситуации с необходимостью запоминать информацию. Поддержания циркуляции разных информационных сигналов в рамках одной структурной цепи крайне энергозатратно. Потому сохранение в пямяти новой информации обычно затруднительно. Во время повторов или схожих ситуациях могут образоваться новые синаптические связи между клетками и тогда полученная информация запомнится на долго. Таким образом, запоминание – это сохранение остаточной активности нейронов участка мозга.
Память мозга – вынужденная компенсаторная реакция нервной системы. Любая информация переходит во временное хранение. Поддержка стабильности кратковременной памяти и восприятия сигналов от внешнего энергетически крайне затратна, к тем же клеткам приходят новые возбуждающие сигналы и, накапливаются ошибки передачи и происходит перерасход энергетических ресурсов. Однако ситуация не так плоха, как выглядит. Нервная система обладает долговременной памятью. Зачастую она так трансформирует реальность, что делает исходные объекты неузнаваемыми. Степень модификации хранимого в памяти объекта зависит от времени хранения. Память сохраняет воспоминания, но изменяет их так, как хочется обладателю. В основе долговременной памяти лежат простые и случайные процессы. Дело в том, что нейроны всю жизнь формируют и разрушают свои связи. Синапсы постоянно образуются и исчезают. Довольно приблизительные данные говорят о том, что этот процесс спонтанного образования одного нейронного синапса может происходить у млекопитающих примерно 3-4 раза в 2-5 дней. Несколько реже происходит ветвление коллатералей, содержащих сотни различных синапсов. Новая полисинаптическая коллатераль формируется за 40-45 дней. Поскольку эти процессы происходят в каждом нейроне, вполне можно оценить ежедневную емкость долговременной памяти для любого из животных. Можно ожидать, что в коре мозга человека ежедневно будет образовываться около 800 млн. новых связей между клетками и примерно столько же будет разрушено. Долговременным запоминанием является включение в новообразованную сеть участков с совершенно не использованными, новообразованными контактами между клетками. Чем больше новых синаптических контактов участвует в сети первичной (кратковременной) памяти, тем больше у этой сети шансов сохраниться надолго.
Запоминание и забывание информации. Кратковременная память образуется на основании уже имеющихся связей. Её появление обозначено оранжевыми стрелками на фрагменте б. По одним и тем же путям циркулируют сигналы, содержащие как старую (фиолетовые стрелки), так и новую (оранжевые стрелки) информацию. Это приводит к крайне затратному и кратковременному хранению новой информации на базе старых связей. Если она не важна, то энергетические затраты на её поддержание снижаются и происходит забывание. При хранении «кратковременной», но ставшей нужной информации образуются новые физические связи между клетками по фрагментам а-б-в. Это приводит к долговременному запоминанию на основании использования вновь возникших связей (жёлтые стрелки). Если информация долго остаётся невостребованной, то она вытесняется другой информацией. При этом связи могут прерываться и происходит забывание по фрагментам в-б-а или в-a (голубые стрелки)."
Из выше сказанного ясно, что мозг динамическая структура, постоянно перестраивается и имеет определенные физиологические пределы, так же мозг чрезмерно энергозатратный орган. Мозг не физиологичен, а морфогенетичен, потому его активности некорректно и неправильно измерять в системах, используемых и применимых в информационных технологиях. Из за индивидуальной изменчивости мозга не представляется возможным делать какие либо выводы обобщающие различные функциональные показатели мозга человека. Математические методы так же не применимы в расчете структурного взаимодействия в работе мозга человека, из за постоянного изменения, взаимодействия и перестраивания нервных клеток и связей между ними, что в свою очередь доводит до абсурда работу американских ученых в исследовании емкости памяти головного мозга человека.
Комментарии (32)
fareloz
25.01.2016 13:10«мозг самый энергозатратный орган в человеческом организме.»
«в силу большой энергозатраты мозг хитер и избирателен, любой энергозависимый процесс невыгоден организму»
Можете раскрыть как эти вещи взаимодействуют? Мозг игнорирует свои затраты?
Ariez
25.01.2016 13:19Хоть я и не автор, но подозреваю, что речь идет о том, что организм стремиться в каждую минуту времени расходовать минимум необходимой энергии. Это как с паттернами движений: нервная система не контролирует каждую мышцу в отдельности, у нее нет «мышечной памяти». Есть только цель «что надо сделать» и действие исходя из минимальных энергозатрат
HabraBiggie
25.01.2016 13:31Миллионы лет эволюции и жесточайшего отбора. Еды всегда было мало. Мозг не верит, что завтра будет пропитание, потому контролирует энергозатраты и постоянно пытается восполнить с запасом, если есть возможность с излишками. Контролируется гормонально.
fareloz
25.01.2016 13:33Я имел в виду если мозг — самый затратный орган, а организм стремится снизить затраты, то как это соотносится? В мозге не возникает коллизии?
HabraBiggie
25.01.2016 13:42Мозг пытается снизить затраты организма, никаких коллизий, речь идет о выживании, см. предыдущий комментарий.
Ariez
25.01.2016 13:46А почему должно? Все равно затраты не снизятся настолько, чтоб высшая нервная деятельность прекратилась.
HabraBiggie
25.01.2016 13:58Затраты снизятся в 2,5 раза, что существенно. Мозг работает на 100% и всегда. Прекращение активности мозга означает смерть. Почему должно? потому что гормональное поведение человек не контролирует.
Ariez
25.01.2016 15:42Каюсь, пропустил «не»
«почему не должно?» в плане «почему не должно соотносится» =)
Valdei
25.01.2016 13:58+4Мозг не игнорирует затраты, он их минимизирует. Используется любая возможность для «оптимизации», даже если это искажает понимание действительности.
Если в чём-то можно не разбираться — это что-то будет принято как факт. Именно с этим свойством мозга связана живучесть религий (очень просто «объясняющих» сложные вещи), отсутствие банального любопытства у большинства людей и т.п.
Даже такие штуки, как критическое мышление и логика, требуют тренировки для постоянного применения.
SteelStrannik
26.01.2016 15:41Осталось придумать, как развивать своих детей, чтобы у них формировались необходимые навыки мышления.
saboteur_kiev
25.01.2016 15:29Комплексы, отсутствие любопытства, апатия, депрессии, попытки самоубийства — различные расстройства возникают из-за того, что мозг пытается сократить энергозатраты.
Например люди, которые мало учились (не тренировали мозг), крайне неохотно узнают новое. Если им попытаться что-то рассказать дольше чем даже несколько секунд, они начинают проявлять агрессию, вплоть до истерики — мозг активно сопротивляется нагрузке.
Сила воли — это попытка противостоять мозгу. Когда ты решил, что все, сегодня начинаю заниматься спортом. А тело видит, что это лишние расходы. Мозг тебя миллион раз обманет и придумает кучи отговорок, лишь бы этого не делать, и очень мало людей, которые смогут осознать это, и все же начать заниматься спортом. Это же касается и любых других, уже устоявшихся привычек.Sioln
25.01.2016 16:51За спорт есть так же и вознаграждения. Не всё так однобоко.
saboteur_kiev
25.01.2016 21:27Мозг про это не знает. Вознаграждение появится не сразу, мозг же не умеет предсказывать сам по себе, это делаем мы, абстрактным мышлением.
Но обратите внимание, что после регулярных занятий, когда тело чувствует себя хорошо, хитрый мозг адаптируется и к такому, и начинает тебя гонять — давай давай, еще еще. Иногда может и загнать, не понимая, что должны быть пределы. В общем все верно, человек умнее своего мозга, а мозг иногда хитрее )Sioln
26.01.2016 12:14Про знает/не знает. Для примера посмотрите на играющих детей. Награда вполне себе компенсирует физическую (и часто умственную) деятельность. Вопрос лишь в стимуляции, в оценке награды. Мне кажется, что такая теория «мозг vs тело и заодно vs мозг» слишком оторвана от практики и будет применяться на последних стадиях истощения.
Примеров масса — игры различного толка: командная игра, детские игры, азартные игры. Одна лишь социальная награда из командных игр уже способна перевесить энергозатраты тела, показаться мозгу важнее миски еды, которую он и так получит через час-другой. Не такой у них вес, как вы это представляете, запасы энергии давно сделали наше тело во многом автономным.
На мой взгляд, если ты «решил» занятся спортом и продолжаешь лежать. То тебе сейчас просто приятнее лежать, чем заниматься спортом. А причины для этого могут быть самые разные. Чем больше жира, тем больше энергии запасено, но тем менее охотно ты решишь заняться спортом, что противоречит лишь энергетической оценке.
И вообщеКогда ты решил, что все, сегодня начинаю заниматься спортом. А тело видит, что это лишние расходы.
На мой взгляд — ты просто ещё не решил, но пытаешься себя убедить, что решил. Так же, как с бросанием курить. Если решил на самом деле, то выглядит это совсем иначе и имеет другие последствия.
Есть такая формулировка, что все твои решения уже приняты, тебе остаётся лишь понять их.SteelStrannik
26.01.2016 15:47+1На мой взгляд желание детей играть связано в первую очередь с гормональным воздействием. Молодой организм должен набрать определенный объем мышц и отточить моторику, чтобы быть способным выживать в условиях дикой природы (да, мы живем в цивилизованном мире, но наши гены об этом еще не знают, прошло всего ничего по меркам эволюции).
Nulliusinverba
25.01.2016 18:59частности используются данные Савельева С.В.
из той поры, когда он был нормальным ученым, или его нынешние лженаучные изыскания?
inf
26.01.2016 00:25Поставлю на тех ребят которые за тонкоматериальную природу памяти. Лет через 200 они победят))
SteelStrannik
26.01.2016 15:48По крайней мере очень в это хочется верить…
inf
26.01.2016 17:20Первые полминуты пример работы с сознанием и памятью. Насколько я понимаю на время убирается соответствие между видимым предметом (диктофоном) и его названием.
Ariez
Спасибо, интересно и любопытно. Я интересуюсь работой НС в контексте управления движениями и постуральным балансом, но для общего развития статья интерсная.
Существует феномен т.н. фотографической памяти. С чем он связан? И как в таких условиях осуществляется энергетическое обеспечение мозга? Потому как если по логике — то затраты будут в разы больше, чем у мозга «обычного человека» (без такого феномена).
И что вы можете сказать про тренировку памяти?
Спасибо =)
HabraBiggie
Понятие фотографичной памяти мне встречалось редко, делаю вывод из прочитанной литературы по цитоархитектоники и физиологии работы мозга. Принцип работы памяти неизменен — вовлечение сенсорных областей нервной системы для обработки информации события или явления, через органы чувств, кстати их у человека на порядок больше, чем 5 или 6, как любят утверждать психологи и научные фантасты. Чем больше органов чувств будет участвовать в процессе, тем ярче и «живей» будет запоминание и как следствие научение, использование большого количества органов чувств, конечно, влечет за собой огромные затраты энергии, если существует биологическая и практическая необходимость, для последующей экономии ресурсов организма событие запомнится. Так же в случае эмоционального потрясения, формируются стойкие нейронные цепочки, хранящие впечатление от произошедшего.
Что касается тренировки памяти. Мозг нуждается в постоянном крвоообращении, будь то память или моторика. Мозг надо нагружать, постоянно ставить неразрешимые задачи, только сложные задачи позволяют увеличить кровоток и метаболизм и спасти нейроны от гибели и голодания.
Ariez
Спасибо. Насчет тренировки я в общем так и предполагал.
По поводу органов чувств — понятно, что одних «входов» постуры больше — плантарное чувство, мышечно-скелетное, проприоцепторы, зрительный анализатор, вестибулярный аппарат, височно-нижнечелюстной сустав…
DSL88
У меня фотографическая память. Вот запоминаю все и много… От 2,5 лет помню. Могу сказать где лежал каждый ключик и скорлупка от семечки (нет, правда). Помню свой вчерашний, позавчерашний и т.д. сны. Могу вернуться ко многим воспоминаниям — нужен только якорь, от которого оттолкнуться (кроме некоторых — их достаточно упомянуть во воспоминаниях)
darkdaskin
А вы не пробовали проверить, что память о старых событиях верна? Вполне возможно, что мозг каждый раз достраивает детали заново исходя из предположений на основе предыдущего опыта. Например, можно в подробностях записать воспоминание, а через год повторить и сравнить записи.
DSL88
Я обращался к тем, кто был рядом на тот момент. Детали воспоминаний врядли они повторят, поэтому попробую записать и повторить.
saboteur_kiev
А запомнить англо-русский словарь?
DSL88
Суть запоминать получается, а вот сам текст — не весь