Что мы знаем о памяти? (#33)

Невозможно размышлять о том, как учиться эффективно, не принимая во внимание механизмы функционирования памяти человека. И в этом контексте память — не просто одно из многих составляющих уравнения, а скорее главный его элемент, ведь когда ученые говорят про память, они имеют ввиду не только, скажем, память на факты:

…Навыки в научной терминологии считаются формой памяти, ведь это нечто усвоенное организмом из внешней среды, а не заложенное в нем от природы. Как и эпизодическая память, навык отражает связь между вещами, только в первом случае это связь между разными элементами опыта, а во втором – связь между действием и его результатом.¹

То, что нам сегодня известно про память человека, пришло из разных областей знания. Первая из них — это психология, в первую очередь когнитивная психология. Психологи весь XX-й век исследовали память через призму теоретических моделей, ставя эксперименты, которые валидировали или опровергали их. И этот процесс все еще идет. Модели обновляются и уточняются. Часто эти эксперименты и исследования проходят на маргинальных кейсах — людях, по той или причине представляющих аномалию.

Одна из классических моделей, которая наверное известна каждому из нас — это деление памяти на краткосрочную (short-term) и долгосрочную (long-term). Краткосрочной памяти в большей части теоретических моделей приписывают² два свойства, которые собственно и отличают ее от долгосрочной: угасание со временем (temporal decay) и лимит вместимости в 4–7 объектов (chunk capacity limit).

Здесь надо понимать, что под краткосрочной памятью (иногда ее называют еще рабочей, хотя не всегда взаимозаменяемо) когнитивные психологи имеют ввиду возможность удерживать что-то в памяти на 15–30 секунд:

Your waitress will use her working memory to write down your order as you’re speaking it – but note that if she takes the whole table’s order and then goes to the machine to punch it in, she’s probably transferring your order to long-term memory!

The reason why cognitive psychologists believe that there is something truly special about the 15-30 second range that can be separated from all other memory beyond that timeframe is that patients who present with apparently total memory loss are still able to keep things in memory for 15-30 seconds.³

Современные модели, хорошо согласующиеся с результатами экспериментов, вообще уходят от представление о краткосрочной памяти, как о каком-то одном хранилище или процессе. Самый распространенный пример — модель рабочей памяти психолога Алана Бэддели (разработана в 1974-м, обновлена в 2000-м). Вместо единого «хранилища» по Бэддели рабочая память (он использует именно термин working memory) разделена по нескольким разным системам. Тем же путем идут и другие психологи, например, Cowan². Подробнее о моделе Бэддели можно почитать на Википедии.

Но не только психологи исследуют память. Многое из того, что мы знаем о памяти сегодня, мы знаем от нейробиологов. Нейронауки стремятся описать биологические механизмы функционирования памяти на совершенно другом уровне, уровне нейронов и синапсов, их сетей в различных отделах мозга, а их открытия зачастую не полностью согласуются с моделями из психологии.

Мы не можем прямо буквально сказать, что вот тут в мозге отдел, который отвечает за краткосрочную память, а вот тут — за долгосрочную. Мозг — не компьютер с жестким диском и оперативной памятью. Так, в процессе формирования памяти точно задействованы гиппокамп и префронтальная кора, но концепты краткосрочной и долгосрочной памяти не перекладываются буквально на эти отделы: формирование того, что психологи называют долгосрочной памятью с точки зрения нейробиологов задействует оба эти отдела, и не только их. Но самое интересное, что предлагает ракурс нейронаук — это пристальный взгляд на биологию процесса формирования памяти.

Здесь я выделил для себя несколько важных механизмов, понимание которых объясняет многое. Первый из них — это синаптическая пластичность. Второй — сам процесс системной консолидации памяти.

Поскольку у меня уже не хватает экспертизы, чтобы делать достаточно корректные обобщения, я процитирую нейробиолога Николая Кукушкина, который занимается в Нью-Йорке вопросами памяти, а еще пишет отличные популярные статьи и книги. Вот, например, фрагмент из отличной книги «Хлопок одной ладонью»:

Зачем же тогда нужен гиппокамп? Почему энторинальная кора не может справиться с запоминанием самостоятельно? Дело в особых свойствах гиппокампа по сравнению с остальной корой. Для обоих отделов мозга характерна синаптическая пластичность: сила синапсов, то есть соединений между нейронами, меняется со временем в зависимости от активности этих нейронов, как в гиппокампе, так и в коре, что приводит к запоминанию. Но в коре эти «запоминающие» изменения в синапсах протекают крайне медленно, тогда как в гиппокампе они могут возникнуть очень быстро…

В принципе, кора может запоминать и без гиппокампа… Но обычно, чтобы кора взрослого человека изменила свою синаптическую структуру, она должна многократно, в течение долгого времени подвергаться одному и тому же воздействию.

<…>

Гиппокампу же во многих случаях достаточно одного события, чтобы запомнить его в мельчайших деталях. В нем есть встроенный механизм усиления сигнала, называемый автоассоциативной петлей… Он в буквальном смысле зацикливает импульсы, отправленные ему из энторинальной коры, так, что они многократно курсируют по одной и той же цепи нейронов.

<…>

Если воспоминание вызывается в памяти многократно и кора активируется одинаковым образом много раз, то в конечном итоге и она запомнит то, что помнит гиппокамп – просто медленнее. Этот процесс называется «системной консолидацией памяти». О нем часто говорят так, будто память со временем «переезжает» из гиппокампа в кору. На самом деле никакого переезда нет: просто гиппокамп учится быстрее коры, а потом, если память использовать, он тренирует кору, обучая ее тому, чему научился…¹

Как именно гиппокамп «тренирует» кору я пересказывать не буду. Также я ничего не расскажу про консолидацию памяти во время сна, хотя это тоже очень интересно. Но одного этого фрагмента достаточно, чтобы убедиться, что долгосрочная память — это теоретическая абстракция, которую в лучшем случае можно свести к довольно сложной системе взаимодействия нескольких отделов в нашем мозге.

Кукушкин упомянул в этом тексте синаптическую пластичность (synaptic plasticity). Этим термином ученые называют способность синапсов (мест соединения нейронов) изменять силу («пропускную способность» или «чувствительность»), в ответ на усиление или уменьшение активности их использования. Долговременную синаптическую пластичность (если конкретно, то долговременную потенциацию или LTP) считают основным механизмом, за счет которого возможно обучение и запоминание в принципе. Именно благодаря ему мы можем запомнить что-то на срок от минуты и более, вплоть до нескольких дней, недель⁴. Память в каждый отдельный момент времени, с этой точки зрения — это ни что иное как существующая на данный момент конфигурация сил синапсов:

…Запоминание в основном сводится к модификации силы синапсов паттернами стимуляции.¹

Ну и конечно же процесс запоминания происходит в принципе от любого опыта, поэтому сказать точно, где заканчивается обучение и начинается какая-то другая деятельность с точки зрения нейробиологии памяти — довольно сложно: любой опыт — есть обучение. Собственно ровно по той же причине любое тестирование — это не только проверка усвоения, но одновременно и само усвоение: не просто так доказанно работает retrieval practice (см. статью на Вики о так называемом testing effect).

Такой ракурс на память оказался для меня важнее оптики когнитивных психологов. Поэтому в следующей статье я попробую разобраться с тем, как все эти биологические механизмы перекладываются на конкретные практики и определяют принципы эффективного обучения. Stay tuned!