Центральный исполнитель
В повседневной жизни мы, как правило, неплохо справляемся с тем, чтобы сосредоточиваться на важном. За это следует благодарить область мозга, расположенную прямо за лобной костью, – префронтальную кору. Префронтальная кора будет упомянута в этой книге еще много раз, потому что она играет главную роль во множестве будничных побед и поражений нашей памяти, и одна из ее многочисленных функций – помогать нам в целенаправленном обучении.
Префронтальная кора у человека занимает примерно треть поверхности коры головного мозга, но в ходе развития нейробиологии как науки ее функции были не слишком ясны. В 1960-х считалось в порядке вещей удалять префронтальную кору для лечения шизофрении, депрессии, эпилепсии и любых видов антиобщественного поведения. Эта грубая процедура, известная под названием «лоботомия», часто проводилась так: под местной анестезией пациенту втыкали в глазницу прямо над глазом хирургический инструмент, напоминающий ледоруб, и, по сути, возили им туда-сюда, чтобы разрушить побольше префронтальной коры. Вся процедура занимала минут десять. После успешной лоботомии – часто случались и провальные, после которых наступали серьезные осложнения, иногда смерть, – пациенты могли нормально ходить и говорить и не страдали потерей памяти, но становились спокойнее и послушнее – будто бы «исцелялись». Однако лоботомия не исцеляла психическое заболевание: вместо этого она оставляла пациентов в состоянии «зомби» – апатичными, покорными, лишенными мотивации.
Примерно в то же время небольшая, но увлеченная группа нейробиологов, изучавших префронтальную кору (она входит в область покрупнее – лобные доли), стала понимать, как важна эта зона мозга. Они отмечали, что повреждение префронтальной коры вызывало нарушения мышления и обучения[15 - Здесь цитируются Teuber 1964, Nauta 1971 и Goldman-Rakic 1984.], но какова ее функция, было все еще неясно. С 1960-х до 1980-х годов в научных статьях подчеркивалась загадочная природа этой области, заголовки выглядели как «Загадка функции лобных долей у человека», «Тайна лобных долей», «Лобные доли: неизведанные территории мозга».
В вопросах человеческой памяти префронтальная кора не получает должного признания. Если вы читали какие-нибудь книги или популярную прессу о памяти, вы, скорее всего, сталкивались с упоминанием гиппокампа. Он имеет форму морского конька, скрывается в середине мозга и считается главной зоной, определяющей, забудете вы что-то или запомните. Эта область мозга действительно играет важную роль в памяти – об этом в следующей главе. Но пусть многие нейробиологи и превозносят гиппокамп как королеву бала, в моем сердце особое место занимает префронтальная кора. Именно с нее начался мой путь в исследованиях памяти, и она играет ключевую роль в определении того, что сохранится, а что будет утрачено.
В учебниках писали, что префронтальная кора и гиппокамп – два разных вида систем памяти в мозге. Префронтальная кора рассматривалась как система рабочей, или оперативной памяти[16 - Здесь я имею в виду споры среди нейробиологов в конце 1990-х и начале 2000-х о том, служит ли префронтальная кора основой для исполнительной функции или поддержки рабочей памяти. Второе обычно приписывают Якобсену (Jacobsen 1936) и позже – Голдман-Ракич (Goldman-Rakic 1987). Многие другие исследователи подчеркивали роль префронтальной коры в обеспечении функции кратковременной памяти или поддержании рабочей памяти, но я не думаю, что Голдман-Ракич или другие специалисты по префронтальной коре считали это ее единственной функцией. Отсылки Голдман-Ракич к рабочей памяти связаны с параллелями между ее представлением о функции префронтальной коры и психологической моделью рабочей памяти, которая сформулирована в Baddeley, Hitch Более широкие трактовки взаимоотношений рабочей и долговременной памяти предлагаются в Wagner 1999, Ranganath, Blumenfeld 2005 и Jonides et al. 2008.], которая удерживает информацию в доступе временно – как оперативная память наших компьютеров. Гиппокамп же считался системой долговременной памяти, позволяющей сохранять воспоминания более-менее насовсем – вроде жесткого диска. Некоторые нейробиологи представляли рабочую память чем-то вроде сортировочного пункта, где поступающая информация удерживается, пока ее не выбросят или не отправят на долгосрочное хранение в гиппокамп. Как мы скоро увидим, это очень упрощенное представление, не учитывающее обширного влияния префронтальной коры на все стороны мыслительной деятельности.
К середине девяностых исследователи стали применять методы визуализации мозга, чтобы разобраться, как определенные области мозга, например префронтальная кора, участвуют в рабочей памяти. Один из этих методов – позитронно-эмиссионная томография, или ПЭТ, – выявляет, где в мозге усиливается кровоток: людям делают инъекцию раствора, содержащего радиоактивный маркер, и помещают их в сканер, улавливающий радиоактивное излучение. Первые исследования показали, что кровоток усиливался в областях, которые активно работали и требовали больше глюкозы. Эту информацию ученые использовали для картирования мозга: людям в сканере давали задания, задействующие разные функции – язык, восприятие, память.
ПЭТ обходится дорого, да и лучше бы по возможности избегать радиоактивных инъекций, поэтому на смену этой технологии вскоре пришла функциональная магнитно-резонансная томография, или фМРТ, благодаря которой исследователи смогли измерять, как меняется магнитное поле в зависимости от кровотока (это возможно благодаря гемоглобину – молекуле, содержащей железо: когда она не переносит кислород, она чувствительна к магнитным полям).
В стандартном фМРТ-исследовании испытуемый лежит на кушетке в отверстии магнита, внутри трубы с мощностью магнитного поля в 1,5 или 3 теслы[17 - В современных аппаратах фМРТ мощность достигает 7 Т. (Прим. перев.)] (то есть в 30 или 60 тысяч раз сильнее магнитного поля Земли), вокруг головы – шлемообразная катушка, которой и сканируется мозг. К катушке прикреплено зеркало, расположенное под таким углом, чтобы испытуемому было видно экран с экспериментальными стимулами, а в руки ему дают панель с кнопками, которые нужно нажимать в ответ на эти стимулы. В ушах у испытуемого беруши, потому что во время сбора данных фМРТ-сканер издает непрерывный громкий звук. Знаю, описание не самое привлекательное, но меня все устраивает – мне вот в сканере вообще прекрасно спится.
Чтобы исследовать рабочую память при помощи фМРТ[18 - См., например, Braver et al. 1997 и Cohen et al. 1997.], добровольцу могут поочередно показывать ряд цифр на экране и просить запомнить последнюю. Каждый раз, как появляется новая цифра, ему нужно определить, совпадает ли она с предыдущей. Для решения таких задач задействуется рабочая память: доброволец должен удерживать в памяти только последнюю цифру и раз за разом выкидывать ее и заменять следующей. В разных вариантах задачи предлагалось удерживать в памяти две последние цифры и т. д. Чем больше цифр нужно было помнить, тем больше активности наблюдалось в префронтальной коре. Выглядело как убедительное подтверждение того, что префронтальная кора участвует во временном удержании информации.
Когда я учился в аспирантуре Северо-Западного университета, эти исследования меня восхищали, но я не мог соотнести их с тем, что наблюдал в клинике Эванстона, где стажировался в нейропсихологии. Многих пациентов в эту клинику направляли врачи, заподозрившие повреждение мозга. Моей задачей было проводить когнитивные тесты, чтобы способствовать диагностике и лечению. У некоторых пациентов были трудности с языком (афазия), намеренным движением (апраксия), распознаванием объектов или лиц (агнозия). У некоторых были затруднения памяти (амнезия), похожие на те, что возникают при ранних стадиях болезни Альцгеймера, эпилепсии или заболеваниях, при которых ненадолго прерывается доступ кислорода к мозгу. Эти симптомы заметить было нетрудно. А еще встречались люди с повреждениями префронтальной коры[19 - В этом разделе я говорю о латеральной, префронтальной и фронтополярной коре. Очаговые повреждения других префронтальных областей – например, орбитофронтальной и медиальной префронтальной коры – видимо, приводят к другим нарушениям памяти. Мне кажется, что функции этих зон для памяти недостаточно изучены, поэтому я не рассматриваю здесь работы, посвященные этим зонам. Повреждения орбитофронтальной и медиальной префронтальной коры (главным образом при разрыве аневризмы передней соединительной артерии) связывают с конфабуляциями, о чем пойдет речь позже в этой книге.].
Иногда повреждение было очевидным: у прокурора случился инсульт, строителя ударило по голове брусом, водителю автобуса хирургическим путем удалили опухоль мозга. У некоторых пациентов был рассеянный склероз, при котором иммунная система сходит с ума и нападает на нейронные связи в префронтальной коре (а также во всем остальном мозге). И все эти пациенты жаловались на проблемы с памятью. Но в тестах на память они показывали отличные результаты. Дело было в чем-то другом. Они запросто удерживали в памяти целый ряд цифр и повторяли его, они прекрасно справлялись с задачей, имитирующей электронную игру «Саймон», где они смотрели, как я нажимаю на разные фигуры, а потом повторяли последовательность в том же порядке. Другими словами, в рабочей памяти информация удерживалась. Сложности возникали в тех тестах, где требовалось сосредоточиться в присутствии отвлекающих факторов. Например, мы могли попросить пациентов удерживать в памяти цифры, появляющиеся в центре экрана, но не обращать внимания на цифры, вспыхивающие слева или справа. Многие отвлекались на боковые цифры и переставали следить за центральными.
Еще пациенты с лобными нарушениями не всегда успешно справлялись с заданиями на долговременную память, в рамках которых мы просили запомнить длинный список слов, таких как «корица» и «имбирь». Если затем мы просто просили вспомнить слова, без дополнительных подсказок, пациенты припоминали только несколько слов. Но если их спрашивали, было ли в списке конкретное слово, они могли с легкостью распознать, что да – было. Пациенты запоминали слова[20 - Результаты такого рода обнаружены во многих исследованиях на пациентах с очаговыми лобными поражениями (Gershberg, Shimamura 1995, Alexanderetal. 2009, Stussetal. 1996, Hirst, Volpe 1988, Della Rocchetta, Milner 1993. Обзор см. в Blumenfeld, Ranganath 2019).], но не могли добраться до воспоминания без подсказок. Одной из причин трудностей было то, что они не пользовались никакими стратегиями запоминания, полагаясь лишь на то, что притягивало их внимание в тот момент. Здоровые же испытуемые, напротив, применяли стратегии, которые помогали и вспоминать, и распознавать (например, сосредоточиться на том, что многие слова обозначали специи).
Я протестировал множество пациентов и понял, что люди с нарушениями в префронтальной коре справляются с заданиями, когда у них есть четкие инструкции и их ничего не отвлекает, – трудности возникают, если нужно спонтанно применять стратегии запоминания или удерживать фокус на задаче, когда за внимание пациента соперничают отвлекающие факторы. Эти наблюдения убедили меня в том, что, пусть префронтальная кора и не «занимается» памятью, ее повреждения влияют на функционирование памяти в реальном мире.
Окончив в 1999 году клиническую подготовку, я полностью переключился на исследования и стал работать на медицинском факультете Пенсильванского университета с доктором Марком Д'Эспозито. Марк стремился расширить горизонты возможного и разработать более совершенные технологии фМРТ для изучения рабочей памяти. Но, в отличие от большинства других специалистов по когнитивной нейробиологии, он успевал работать и в лаборатории, и в клинике (где был лечащим поведенческим неврологом). Марк прекрасно видел пропасть, пролегавшую между обсуждениями префронтальной коры в среде нейробиологов и трудностями, которые он наблюдал у пациентов с ее повреждениями. Один из его пациентов – дальнобойщик по имени Джим – не мог работать и вообще самостоятельно жить после инсульта, повлекшего серьезные нарушения функции лобных долей. Жена Джима объясняла: у него проблемы с памятью. Посмотрев фильм, он сразу забывал большие куски и пересматривал все по два-три раза подряд. Он забывал побриться, почистить зубы – хотя раньше был весьма прилежен в этих вопросах. Но за нарушениями памяти проглядывало нечто другое. Дело было не в том, что он забыл, как делаются эти дела: он был вполне способен почистить зубы, но, оставшись один, не проявлял в этом инициативу или отвлекался на что-то другое. Джим был чем-то похож на моих испытуемых в клинике Эванстона, которые не пытались пользоваться стратегиями, чтобы запоминать слова.
Многие сотрудники лаборатории Марка проводили фМРТ-исследования рабочей памяти, и наши данные неизменно подкрепляли представление о том, что в задней части мозга располагаются клеточные ансамбли, которые, похоже, хранят воспоминания о конкретных видах информации. Одна область может активироваться, когда человека просят держать в уме чье-то лицо, другая – когда просят держать в уме изображение дома. Активность префронтальной коры была не слишком чувствительна к тому, что нужно было держать в уме[21 - Здесь я в первую очередь имею в виду дорсолатеральную префронтальную кору (поля Бродмана 9 и 46) и фронтополярную кору (поле 10), которые, как мне кажется, играют наиболее важную роль в обеспечении исполнительных функций (ср. с Wagner 1999, D'Esposito, Postle 2015). Конкретная формулировка объясняется следующим: ученые обнаружили, что определенные лобные области демонстрируют повышенную активацию во время обработки определенных типов материала (напр., Courtneyetal. 1998), но участие лобных областей в процессах рабочей памяти вовсе не так специфично, как участие затылочных областей коры (Ranganath, D'Esposito 2005, D'Esposito, Postle 2015). Мой довод здесь в том, что префронтальная кора «занимается» не рабочей памятью как таковой, а важными для рабочей памяти функциями, такими как внимание, рассуждение, планирование и т. д.], да и к выполнению задания на рабочую память вообще. Заметную активность префронтальная кора показывала тогда[22 - Этот раздел дает краткую отсылку к невероятному периоду исследований в лаборатории Марка. Среди описываемых статей: Druzgal, D'Esposito 2001, 2003, D'Espositoetal. 2006, D'Espositoetal. 2000, Ranganathetal. 2000, Ranganath, DeGutis, D'Esposito 2004 и Ranganathetal. Больше информации на эту тему можно найти в Ranganath, D'Esposito 2005, D'Esposito, Postle 2015, Jonidesetal. 2008 и особенно в Badre 2020.], когда человеку приходилось намеренно сосредоточиваться на задании, сопротивляться отвлекающим факторам или применять стратегии запоминания.
Наши исследования префронтальной коры сокращали разрыв между тем, что обсуждалось в научных статьях, и тем, что мы наблюдали в клинической практике. В учебниках пишут, что мозг состоит из специализированных систем памяти и каждая соответствует определенной задаче – но такое представление не дает нам общей картины. Префронтальная кора не имеет конкретной специализации для определенного вида памяти. Исследования с помощью фМРТ и наблюдения за пациентами подтверждали другую теорию[23 - Аналогия с исполнительным директором придумана в Pribram 1973, а в дальнейшем расширена в Baddeley, Wilson 1988 и Norman, Shallice В работе Fuster 1980 предложено несколько иное представление о роли префронтальной коры в установлении связи между восприятием и действием с течением времени. С моей точки зрения, это представление связано с исполнительной теорией.], согласно которой префронтальная кора – это центральный исполнитель, «генеральный директор» мозга.
Проще всего понять эту теорию, если вообразить себе мозг как большую корпорацию. В ней есть множество специализированных отделов: разработка, бухгалтерия, маркетинг, продажи и так далее. Работа генерального директора – не в том, чтобы самому быть специалистом, а в том, чтобы руководить компанией, координируя работу всех отделов и направляя всех к общей цели. Похожим образом все обстоит и в мозге: некоторые его области довольно узко специализированы, а задача префронтальной коры – руководить ими, координируя их деятельность на благо общего дела.
После лоботомии или поражения лобных долей в результате инсульта специализированные области мозга остаются на месте, но перестают работать сообща, с единой целью. Люди с поражениями префронтальной коры кажутся совершенно здоровыми, если дать им задание на конкретный вид памяти с четкими инструкциями и в среде без отвлекающих факторов. Но без префронтальной коры они не способны намеренно самостоятельно учиться и не могут эффективно пользоваться тем, что помнят, чтобы чего-то добиться в реальном мире. Они могут пойти в магазин за молоком и отвлечься на красиво разложенные чипсы. Они могут знать, что предстоит визит к врачу, но не справятся применить какую-нибудь стратегию, чтобы о нем не забыть (например, поставить напоминание на телефоне).
Кормление и уход за префронтальной корой
Префронтальная кора так занимает меня отчасти потому, что нарушения памяти у пациентов с лобными повреждениями напрямую связаны с затруднениями, с которыми многие из нас сталкиваются в обычной жизни. На работу префронтальной коры может влиять множество факторов и помимо физических повреждений[24 - В Diamond 2006, West 1996, Moscovitch, Winocur 1992, Craik 1994 и Craik, Grady 2002 даны блестящие обзоры изменений лобной функции и/или памяти в процессе развития и старения.], а от этого тоже возникают проблемы с памятью. К примеру, многие пациенты, которых я тестировал в нейропсихологической клинике в Эванстоне, получили направление к нам в связи с подозрением на болезнь Альцгеймера, но тесты показали, что на самом деле у них клиническая депрессия. У людей старшего возраста депрессия может напоминать ранние стадии Альцгеймера – как было, например, с одним учителем-пенсионером, который пришел ко мне на прием. Он всегда гордился остротой ума, но теперь с трудом мог сосредоточиться и многое забывал. МРТ повреждений мозга не выявила, но его мышление работало не сильно лучше, чем у пациентов с повреждениями префронтальной коры. Ни ему, ни его врачу не пришло в голову, что когнитивные проблемы могли возникнуть от того, что он недавно развелся и впервые за десятки лет стал жить один.
Из всех областей мозга префронтальная кора созревает едва ли не последней и корректирует свои связи с остальным мозгом на протяжении всего подросткового возраста. Поэтому дети, хоть и учатся быстро, не слишком хорошо умеют сосредотачиваться на важном и легко отвлекаются. Особенно ярко это проявляется у детей с СДВГ (синдромом дефицита внимания и гиперактивности): им нелегко дается учеба в школе не потому, что они не понимают материала, а потому, что не могут удерживать на нем внимание, не могут развивать привычки эффективно учиться и применять стратегии, ведущие к успеху на контрольных и экзаменах. Множество данных свидетельствует о том, что СДВГ связан с атипичной активностью в префронтальной коре[25 - См. Arnsten 2009a.].
Также префронтальная кора одной из первых начинает терять свою функцию с возрастом[26 - Более подробный обзор когнитивного старения и практических советов см. в Levitin 2020 и Budson, Kensinger 2023.], и мы становимся забывчивее. К счастью для большинства пожилых людей, нарушается не способность к образованию воспоминаний, а умение сосредоточивать внимание: это приводит к изменениям в том, как мы запоминаем события. Например, вы не можете вспомнить, как звали человека, с которым познакомились на свадьбе родственника, хотя помните множество мелких деталей той встречи: у него были веснушки, ярко-желтый галстук-бабочка, он без конца рассказывал о том, как съездил в Нэшвилл.
Склонность запоминать пустяки[27 - Здесь я имею в виду работы Линн Хэшер и Карен Кэмпбелл, особенно исследования «гиперсвязей» (см. Zacks, Hasher 2006, Campbell et al. 2010 и Amer et al. 2016).] вместо важных вещей с возрастом усиливается. Многие исследования показали, что пожилые запоминают хуже молодых, когда нужно напрягать внимание и не отвлекаться, – но показывают не худшие, а то и лучшие результаты, когда нужно запоминать отвлекающую информацию. Старея, мы все еще можем учиться, но нам труднее сосредоточиться на том, что мы хотим запомнить, и в итоге мы зачастую обучаемся ненужному.
Факторов, которые в любом возрасте заставят вас почувствовать, что префронтальная кора вышла из строя, предостаточно. В современном мире главный виновник – пожалуй, многозадачность[28 - См. Covre et al. 2019 и Uncapher, Wagner 2018.]. Наши разговоры, встречи и дела постоянно прерываются сообщениями и звонками[29 - Легко читающийся, практичный и научно подкрепленный разбор того, как справляться с информационной перегрузкой, можно найти у Levitin 2014.], а мы часто дополнительно усложняем себе задачу, разделяя внимание между разными задачами. Многозадачности подвержены даже нейробиологи: в наши дни почти на любом научном докладе можно увидеть ученых с открытыми ноутбуками (я и сам не исключение), которые то слушают выступающего, то отвечают на письма. Многие даже гордятся своей способностью делать несколько дел одновременно, но это почти всегда обходится недешево[30 - Я говорю «почти», потому что при достаточной тренировке две задачи могут быть объединены в одну. Если вы хотите больше узнать о том, как мы управляемся со сложными задачами, очень рекомендую почитать Badre 2020.]. Префронтальная кора помогает сосредоточиться на том, что нужно сделать, чтобы достичь цели, но этой чудесной способности начинает не хватать, если быстро переключаться между разными целями. Нейробиолог Мелина Анкейфер из Калифорнийского университета в Сан-Франциско с коллегами показали, что «медиамногозадачность» (переключение между потоками информации из, например, текстовых сообщений и электронных писем) отрицательно влияет на память. Более того, у людей, которые часто и помногу переключаются между медиазадачами, некоторые зоны префронтальной коры истончаются. Необходимо больше исследований, чтобы понять, является ли лобная дисфункция причиной или следствием многозадачности, но вывод в любом случае один. Как говорит мой друг и периодический товарищ по музыкальной группе, а также один из ведущих мировых специалистов по префронтальной коре, профессор Массачусетского технологического института Эрл Миллер, «никакой многозадачности нет – человек просто делает то одно, то другое дело кое-как»[31 - Мир исследований префронтальной коры полнится крылатыми выражениями, и Эрл Миллер – один из лучших источников.].
На функцию лобной доли могут влиять и некоторые заболевания. Скажем, гипертония и диабет могут приводить к повреждениям белого вещества[32 - Здесь я описываю нашу работу в сотрудничестве с Кристин Нордал, Биллом Джегастом и Чарлзом ДеКарли (Nordahl et al. 2005, 2006, Lockhart et al. 2012).] – волокон, которые связывают между собой разные области мозга. Мы с коллегами обнаружили, что повреждения белого вещества, связанные с возрастом, похоже, изолируют префронтальную кору от всего остального мозга: представьте себе, что генеральный директор оказывается заперт один в комнате без телефона и доступа к интернету. К похожим последствиям могут приводить и некоторые инфекции, вызывающие воспалительные процессы в мозге. Скажем, многие люди, заразившиеся коронавирусом в начале пандемии, пострадали от нарушения исполнительных функций, таких как внимание и память, а также у них изменилась структура мозга в некоторых зонах префронтальной коры[33 - См. Douaud et al. 2022 и Becker et al. 2021.]. Изменения функции лобной доли могут объяснить так называемый «туман в мозгу», также известный как постковидный синдром, о котором сообщали болевшие очень долго люди и те, кто страдал другими инфекционно-ассоциированными заболеваниями, такими как синдром хронической усталости.
Если не заботиться о физическом и психическом здоровье, префронтальная кора тоже может пострадать[34 - См. Krause et al. 2017, Abernathy et al. 2010 и обзор в Arnsten 2009b.]. Например, катастрофические последствия для префронтальной коры и памяти имеет недосып. Алкоголь тоже плохо влияет на префронтальную кору, и некоторые исследования позволяют предположить, что последствия могут наблюдаться на протяжении нескольких дней после попойки. Как мы увидим в следующих главах, стресс тоже может «вырубить» префронтальную функцию. Если после тяжелой рабочей недели целую ночь не спать, напиваться и думскроллить[35 - Думскроллинг (англ. doomscrolling) – бесконечное, бесцельное и, как правило, бездумное пролистывание ленты в мессенджере, социальной сети или новостном сервисе, от которого тем не менее крайне сложно оторваться. С английского переводится дословно как «обреченное пролистывание». (Прим. ред.)] новостные сайты – не удивляйтесь, если ваши выходные пройдут в «мозговом тумане».
К счастью, в наших силах кое-что сделать для улучшения работы префронтальной коры – хоть это, может быть, и не то, о чем вы подумали[36 - См. Voss et al. 2013 и Fillit et al. 2002.]. Мозг – тоже часть тела, так что любые полезные телу вещи полезны и для мозга, а значит, для памяти. Сон, физическая активность и здоровое питание – все, что хорошо для физического и психического здоровья, хорошо и для префронтальной коры. Аэробные упражнения (например, бег) повышают выделение в мозге веществ, улучшающих нейропластичность, укрепляют сосудистую систему, доставляющую в мозг энергию и кислород, и снижают воспаления и подверженность сердечно-сосудистым заболеваниям и диабету. К тому же тренировки улучшают сон и снижают стресс, смягчая таким образом две главных угрозы для префронтальных ресурсов. Совокупно эти факторы могут заметно способствовать сохранению функции памяти при старении. В одном особенно впечатляющем исследовании[37 - Jia et al. 2023.], где наблюдали за работой памяти у более 29 тысяч участников, было обнаружено, что у людей, в чьей повседневной жизни фигурировали упомянутые выше факторы, на горизонте десяти лет память сохранялась лучше.
Осознанные воспоминания
Избирательная природа памяти означает, что наша жизнь – люди, с которыми мы общаемся, дела, которые мы делаем, места, в которых бываем, – неизбежно сведется к воспоминаниям, сохраняющим лишь малую долю реального опыта. Мы можем отказаться от борьбы с избирательностью памяти, от тщетных попыток запомнить больше и принять, что мы созданы для забывания, а запомнить важное удается, если намеренно направлять внимание.
Почти всем известно, как трудно бывает вспомнить имя нового знакомого. Удивительно, что это вообще кому-то удается, потому что связь между именем и лицом сама по себе ни на чем не основана. Стратегические приемы – например, попросту повторять имя – могут помочь, но их бывает недостаточно, потому что они не укрепляют связь. Чтобы преуспеть, нужно приложить намерение, сосредоточиться на нужной информации – тогда в следующий раз при виде этого лица у вас будет подсказка, которая приведет к имени человека. Например, если мы с вами познакомимся на вечеринке и вы читали греческие мифы, вы могли бы связать мое имя с Хароном – загробным паромщиком, который перевозит души умерших через реку Стикс. Если вы найдете в моей внешности что-то напоминающее Грецию, мифы и/или мертвых, каждый раз, увидев меня, вы будете вспоминать это имя. Суть подобных стратегий – намеренно создавать значимые связи, позволяющие найти дорогу к воспоминаниям, которые хочется удержать.
И тут мы возвращаемся к моим видеозаписям со дней рождения дочери. Видеокамеры становились все компактнее, и мы пользовались ими, чтобы запечатлеть важные моменты в жизни Майры. К сожалению, за время, проведенное за камерой, приходилось расплачиваться. Почти на всех праздниках я был сосредоточен на съемке и потому помню те драгоценные минуты далеко не так четко, чем если бы отложил камеру и позволил мозгу заняться тем, что ему так хорошо удается.
Загвоздка даже не в технологиях[38 - Раздел о воздействии фотографии на память основан на работах Henkel 2014, Barasch et al. 2017 и Soares, Storm Согласно научной литературе, само по себе фотографирование не улучшает и не ухудшает запоминание – все зависит от того, каким образом оно осуществляется. Главные факторы здесь – как человек направляет свое внимание и взаимодействует ли с предметом содержательно.], а скорее в том, что мы пропускаем свой опыт сквозь оптический фильтр камеры. Фотографируя или снимая видео, мы, как правило, сосредоточиваемся на тех сторонах опыта, которые подкрепляют память о зрительных подробностях, за счет тех, что погружают нас в непосредственное переживание – звуков, запахов, мыслей, чувств. Бездумно документируя события, мы отключаемся от тех стимулов, что помогают сохранить отчетливые воспоминания и преодолеть интерференцию.
К счастью, фотографии и видеосъемка не всегда мешают запоминать. Оптимальный подход – соблюдать баланс между нуждами переживающего и запоминающего «я». При некотором осознанном намерении камера может стать нашим союзником в формировании и даже отборе воспоминаний, к которым потом можно будет вернуться. В путешествиях я не люблю бесконечно снимать постановочные кадры, пейзажи и достопримечательности – это умаляет мои непосредственные переживания. Зато я делаю импровизированные снимки, на которых люди чем-то поглощены, смеются, удивляются, или фотографирую необычные детали: смешной указатель, аляповатую скульптуру. Я фиксирую несколько редких ярких моментов и освобождаю ум для непосредственного переживания поездки, обращаю внимание на то, что творится вокруг. Пересматривая немногочисленные фотографии, я возвращаюсь к деталям поездки, которые хочу вспомнить, – а менее приятные ее стороны (толпы, очереди, пробки) расплываются.
Жизнь коротка. В силу преходящей природы памяти она может казаться еще короче. Мы склонны считать, что память позволяет нам держаться за прошлое, хотя на самом деле человеческий мозг создан не для того, чтобы просто складировать наши впечатления и опыт (в последующих главах мы узнаем, для чего еще). Забывание – не сбой в работе памяти, а следствие процессов, которые позволяют мозгу расставлять приоритеты в море информации и помогают нам ориентироваться в мире. Мы можем активно управлять забыванием – совершать в настоящем осознанный выбор, позволяющий создать целый арсенал воспоминаний, который можно взять с собой в будущее.
2. Путешественники во времени и пространстве
Как воспоминания отправляют нас в прошлое
Я знаю, путешествия во времени на самом деле уже существуют.
Существуют внутри нашего собственного разума.
The Flaming Lips
С одной стороны, забывание раздражает, с другой – иногда можно приятно удивиться внезапно всплывшему воспоминанию, которое перенесет нас в другое время и место. Это не причуды мозга. Мы склонны считать память записью того, что случилось, но человеческий мозг обладает замечательной способностью связывать «что» с «где», «когда» и «как». Этим можно объяснить неуловимое и необъяснимое чувство прошедшего, которое так часто сопровождает опыт вспоминания. И именно поэтому, если оказаться в нужное время в нужном месте, воспоминания будто бы сами находят нас – со мной такое случалось не раз.
Родители привезли меня в Соединенные Штаты, когда мне было меньше года. Я почти всю жизнь прожил в Северной Калифорнии, но почти все мои родственники остались в Индии. Пока я рос, мы ездили туда примерно каждые четыре года – повидаться с дедушками, бабушками, тетями, дядьями, двоюродными братьями и сестрами. В детстве и подростковом возрасте у меня было много ярких переживаний из поездок в Индию, но по возвращении в Калифорнию память о них неизбежно угасала, словно от того, что между моим домом и дедовским пролегли тысячи миль. Пусть мои первые слова и были на тамильском – родном языке родителей, – но сказать на нем я могу лишь несколько фраз (к огорчению бабушки с отцовской стороны). Иногда кажется, будто все эти воспоминания заперты в секретном ящичке, спрятаны вне досягаемости. Но в Индии они возвращаются ко мне.
После изматывающего семнадцатичасового перелета я прохожу таможенный контроль международного аэропорта Ченнаи – и оказываюсь в другом мире. Стоит ступить за порог, как на меня обрушивается вал ощущений. Из кондиционированного терминала я попадаю в густой, влажный воздух, летом жарко и душно, как в сауне, – изо всех пор моего тела течет пот, но и это не помогает охладиться. Я вбираю в себя пестрое многоцветье города, оттенки женских сари в рыночной суете, цветастые фургоны на дорогах. Беспрестанный поток запахов то вызывает тошноту (если рядом открытая канализация), то пьянит (сладкий запах тропических цветов, морской воздух на пляже, густой дым от поленьев, горящих на жаровнях торговцев арахисом). На следующее утро, пока солнце взбирается с горизонта, я просыпаюсь в джетлаге от гомона тропических птиц, разносящегося по району. Когда я оказываюсь в Ченнаи, вся окружающая какофония звуков, цветов и запахов будто позволяет поймать воспоминания и о прошлых поездках – те, что не даются мне, когда я дома.
Такое чувство пребывания в определенном месте и времени называется контекст, он играет важнейшую роль в нашем обыденном запоминании. Многое мы забываем не потому, что воспоминания исчезли, а потому, что не удается найти к ним дорогу. Но в нужном контексте могут всплыть на поверхность даже те воспоминания, которые казались давно утраченными.
Отчего так происходит, почему в подходящем контексте я могу добраться до «спрятанных» воспоминаний, недоступных мне дома, – даже слов и фраз на языке, в иных обстоятельствах для меня чужом? Ответ кроется в том, как наш мозг запечатлевает воспоминания о событиях.
Мысленные путешествия во времени
Заметную часть XX века в исследованиях памяти царил бихевиоризм – направление мысли, согласно которому память можно свести к простым, экспериментально наблюдаемым связям между стимулами (звуками, запахами, зрительными сигналами) и реакциями (действиями, которые мы совершаем в ответ на стимулы)[39 - В John Watson 1913 довольно хорошо обобщено то, о чем я здесь говорю.]. В пору расцвета бихевиоризма почти все исследования научения проводились на животных. Будь то крыса, что стремится выбраться из лабиринта, голубь, который клюет за награду, или человек, стремящийся запомнить скучный список триграмм, – все сводилось к одному: научение – простой процесс формирования связей. Любые попытки разобраться в том, как люди понимают и сознательно вспоминают прошлые события, воспринимались как ненаучные и бессмысленные. Разобраться в памяти для бихевиористов значило вывести уравнения, которые позволили бы количественно измерить, как быстро заучиваются и забываются связи в разных условиях. Читать научные статьи того периода – примерно так же весело, как ходить к зубному (не в обиду моему стоматологу, который вообще-то прекрасен).
На этом мрачном фоне в игру вступает Эндель Тульвинг – профессор психологии из университета Торонто, родом из Эстонии. Тульвинг любил рассуждать не только о том, что происходит в экспериментах, но и о том, что творится у людей в головах. В 1972 году он порвал с бихевиористской теорией в революционной статье, где отверг представление о памяти как о хранилище простых ассоциаций и выдвинул вместо него модель, согласно которой у человека есть два вида памяти. Он предложил термин «эпизодическая память» для описания того типа запоминания, что позволяет представить себе и даже заново пережить события из прошлого. Тульвинг предложил отличать эпизодическую память от семантической[40 - Tulving 1972.] – способности вспоминать факты и данные о мире независимо от того, когда и где мы получили эту информацию. Главная мысль Тульвинга состоит в следующем: чтобы вспомнить событие (эпизодическая память), нужно мысленно вернуться в определенное место и время, но, чтобы иметь знания (семантическая память), нужно уметь пользоваться выученным ранее в разных контекстах.
Тульвинг заявил, что память – не просто клубок связей между стимулами и реакциями, и тем самым полностью отказался от заманчивой простоты бихевиоризма. Позже он пошел еще дальше и назвал эпизодическую память видом «мысленных путешествий во времени», имея в виду, что вспоминание погружает нас в состояние сознания, в котором мы будто переносимся в прошлое[41 - Tulving 1985.]. По выражению Тульвинга, ключевое свойство человеческого сознания – «способность мысленно путешествовать во времени, произвольно передвигаясь по тому, что произошло, и тому, что может произойти, – без оглядки на физические законы вселенной». Прочтя это описание впервые, я подумал, что Тульвинг слегка двинулся умом: рассуждения о путешествиях во времени и сознании звучали не слишком научно. Но если приложить немного самонаблюдения, становится понятно, что в этом что-то есть.
Предположим, я попрошу вас рассказать, что вам известно о Париже. Вы могли бы начать с того, что это город во Франции, он знаменит музеями и ресторанами, там стоит Эйфелева башня. Вы, пожалуй, будете на 100 % уверены в этих фактах, даже если не сможете вспомнить, когда и где узнали их впервые. А теперь предположим, что я попрошу вас рассказать, бывали ли вы в Париже. Если бывали, то для ответа на этот вопрос вы, вероятно, обратитесь к информации, которая погрузит вас в конкретный опыт: аромат каштанов на жаровне уличного торговца по дороге от вашей гостиницы к метро, очередь к лифту на вершину Эйфелевой башни зябким осенним вечером незадолго до заката, вид с башни на город, когда загораются огни. Дело не в силе или слабости воспоминаний – вы можете с уверенностью вспоминать факты о Париже (семантическая память) и заново переживать поездку в Париж (эпизодическая память), но эти два вида опыта совершенно различны.
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 - Нейронные сети были отчасти вдохновлены идеями из статьи нейрофизиолога Уоррена Маккалока и математика Уолтера Питтса (1943), которые смоделировали простую сеть нейронов с помощью электрических схем. Еще один ключевой вклад внес Дональд Хебб (1949), ученый-новатор (и соруководитель Бренды Милнер), который предположил, что воспоминания хранятся в сетях плотно взаимосвязанных нейронов и что это происходит потому, что обучение вызывает систематическое усиление и ослабление связей между определенными наборами нейронов. Основываясь на идеях Хебба, Марр (1971) предложил инновационную вычислительную модель «простой памяти», основанную на биологии гиппокампа. Марр предположил, что гиппокамп может быть необходим для кодирования конкретной информации, а неокортекс может обобщать опыт. В начале восьмидесятых многие психологи, в том числе Джей Макклелланд, Дональд Румельхарт и PDP Research Group (1986), использовали нейронные сети для объяснения многих феноменов обучения. Однако в 1988 году Гейл Карпентер и Стивен Гроссберг указали на значительную проблему, которую они назвали дилеммой стабильности-пластичности. Дилемма заключается главным образом в компромиссе между изучением новой информации и потерей ранее изученного: как создать сеть, которая может обучаться на единичном необычном случае, не теряя всех предыдущих достижений? Майк Макклоски и Нил Коэн (1989) провели ряд симуляций, иллюстрирующих сложность этой задачи, и придумали термин «катастрофическая интерференция». В 1995 году Джей Макклелланд, Брюс Макнотон и Рэнди О'Рейли опубликовали статью, предполагающую, что мозг развил различные «комплементарные системы обучения» для решения дилеммы стабильности-пластичности. В частности, они основывались на предположении Марра (1971) о том, что гиппокамп может быстро учиться на единичных примерах, но не очень хорош в обобщении, тогда как неокортекс учится медленно, но, как и традиционные нейронные сети, хорошо обобщает опыт. Как я расскажу позже в этой книге, авторы предположили, что гиппокамп может «общаться» с неокортексом во время сна, помогая тому учиться быстрее без катастрофической интерференции. Если что, я понятия не имею, почему у стольких людей, на которых я здесь ссылаюсь, фамилии начинаются на «Мак».]. 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:
«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 - 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 - 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.], 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 - 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.] 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 российский нейропсихолог Александр Лурия отправил ей записку: «Память была спящей красавицей мозга, и теперь она пробудилась»[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 - 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.] и что по крайней мере в отношении гиппокампа тульвинговское разделение на эпизодическую и семантическую память не имеет значения.
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 - 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).], – 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.
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, как человек обращается к конкретным воспоминаниям – например, о поездке в Париж. Это позволяет уже не только наблюдать, как подсвечиваются активные области мозга, но и отслеживать сигналы от конкретных событий и таким образом понять, что делает каждое воспоминание уникальным.
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 - 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).], 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 - 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 - 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).], 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.
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 - Здесь я ссылаюсь на теорию индексирования гиппокампа (Teyler, DiScenna 1986, Teyler, Rudy 2007) и теорию когнитивного картирования (обобщенную в O'Keefe, Nadel 1979).] не согласно тому, что произошло, а согласно тому, где и когда оно произошло.
У такого способа формирования воспоминаний есть занятное побочное преимущество. Гиппокамп выстраивает воспоминания по контексту[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.], 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».
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 - 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.], 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.
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 - 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).]. 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.
Когда я увидел данные Питера, мне пришло в голову, что мы зачастую и не отдаем себе отчета, насколько полагаемся на эпизодическую память, чтобы ориентироваться в мире. Помните, как оказались в отеле? А теперь представьте себе, что вы просыпаетесь и понятия не имеете, какой сегодня день или где вы находитесь, – полная дезориентация, не за что ухватиться ни во времени, ни в пространстве. Такова печальная действительность миллионов людей, страдающих болезнью Альцгеймера. Одной из первых областей мозга, которую разрушает Альцгеймер, оказывается гиппокамп – и, вероятно, из-за этого пациенты на ранних стадиях болезни часто теряются и не замечают, как проходит время. Друг, ухаживающий за матерью с Альцгеймером, рассказывал, как больно было видеть страх на ее лице, когда она полностью утрачивала ориентиры, раньше помогавшие определять, в каком месте и времени она находится. Должно быть жутко – как пытаться удержаться на плаву в открытом море.
Машина времени
Пусть гиппокамп и позволяет нам мысленно путешествовать назад во времени и пространстве, следует подчеркнуть, что у мозга нет прямой возможности знать наше местоположение или точное время по часам. На наших воспоминаниях не стоят отметки времени или GPS-координаты, сообщающие, когда и где произошло событие[56 - Связь между временем, пространством и эпизодической памятью рассматривается в Ranganath, Hsieh 2016, Eichenbaum 2017 и Ekstrom, Ranganath 2018.]. Скорее гиппокамп отслеживает время по изменениям окружающего мира. В течение дня мы передвигаемся с места на место. Эти места – от маленьких закрытых помещений до бескрайних просторов – характеризуются специфическими видами, звуками и запахами: из них складывается представление о том, где мы находимся. Более того, окружающая среда постоянно меняется[57 - Это упрощенное описание контекстных теорий памяти (Estes 1955; см. обзор в Manning et al. 2014).]. День сменяется ночью, сытость – голодом, эйфория – усталостью.
Все эти внешние факторы, а также стремления, мысли и чувства, характеризующие наш внутренний мир, складываются вместе и образуют уникальный контекст, окружающий переживания каждого момента. Когда мы обращаемся к конкретному эпизодическому воспоминанию, мы можем вместе с ним извлечь и кусочек своего прошлого состояния и таким образом словно перенестись в то время и место. Изменения контекста с течением времени, в свою очередь, запускают изменения в схемах активности мозга, и мы воспринимаем это как течение времени. Два события, соседствующих во времени, – например, приготовление кофе и завтрак – будут иметь больше общих контекстных элементов, чем события, отстоящие дальше во времени, например завтрак и готовка ужина.
Контекст – неотъемлемая часть эпизодических воспоминаний, он оказывает мощное влияние на то, что мы способны вспомнить. В определенном месте, например, когда меня окружают виды и запахи индийского дома моих бабушек и дедушек, мне удается добраться до воспоминаний, которые в иных обстоятельствах ускользают. Запахи и вкусы – тоже отличный сигнал. Это ярко показано в конце фильма «Рататуй», когда ложечка простого французского тушеного блюда переносит угрюмого ресторанного критика в детство, когда его мама готовила похожую еду.
