Будущее разума

Каку Митио

В возрасте девяти лет H. M. получил серьезную травму головы, результатом которой стали изматывающие судороги и припадки. В 1953 г., когда ему было 25 лет, он перенес операцию, которая благополучно устранила эти симптомы. Но возникла другая проблема: хирурги по ошибке удалили у молодого человека часть гиппокампа. Поначалу казалось, что с Генри все в порядке, но очень скоро стало очевидно, что с ним что-то не так: он не мог ничего запомнить. Он жил исключительно в настоящем, здоровался с одними и теми же людьми по несколько раз на дню, причем в одних и тех же выражениях, как будто видел их впервые. Все, что попадало в его память, удерживалось в ней не более нескольких минут, а затем бесследно исчезало. Подобно Биллу Мюррею в фильме «День сурка», H. M. был обречен всю оставшуюся жизнь проживать один и тот же день снова и снова. Но, в

отличие от героя Билла Мюррея, он не помнил предыдущих итераций. При этом его долговременная память почти не пострадала, и он прекрасно помнил жизнь до операции, но из-за отсутствия гиппокампа был не в состоянии записывать в память новые впечатления. К примеру, он приходил в ужас, посмотрев в зеркало, ведь видел там лицо старика, хотя считал себя по-прежнему двадцатипятилетним. К счастью, память о пережитом ужасе быстро улетучивалась, сменяясь привычным туманом. В каком-то смысле H. M. был подобен животному с сознанием уровня II, не способному ни вспомнить недавнее прошлое, ни смоделировать будущее. Без работающего гиппокампа человек деградировал с третьего уровня сознания до второго.

Сегодня с учетом успехов нейробиологии мы получили ясную картину того, как формируются, хранятся и извлекаются воспоминания. «Все это собралось воедино в последние несколько лет благодаря двум техническим новинкам — компьютерам и современному сканированию мозга», — говорит нейробиолог из Гарварда доктор Стивен Косслин.

Как нам известно, сенсорная (т.е. зрительная, тактильная, вкусовая) информация сначала должна пройти через мозговой ствол в таламус, который играет роль коммутатора, направляя сигналы в различные доли мозга, где они оцениваются. Обработанная информация поступает в префронтальную кору, где попадает в наше сознание и образует то, что мы называем кратковременной памятью; срок хранения информации в такой памяти составляет от нескольких секунд до нескольких минут (рис. 11).

Чтобы заложить эту информацию на более длительное хранение, она должна пройти через гиппокамп, где воспоминания разбиваются на несколько категорий. Вместо того чтобы складывать все воспоминания в одной области мозга, как будто записывая на кассету или жесткий диск, гиппокамп перенаправляет фрагменты в разные отделы коры. (Хранение воспоминаний таким образом на самом деле более эффективно, чем их последовательная укладка. Если бы человеческие воспоминания записывались последовательно, как на магнитной пленке, для их хранения требовался бы громадный объем памяти. В будущем, возможно, даже цифровые устройства хранения информации, вместо того чтобы укладывать данные целиком и последовательно, станут пользоваться методикой живого мозга.) К примеру, эмоциональные воспоминания хранятся в мозжечковой миндалине, а слова записываются в височной области. В то же время цвет и другая визуальная информация собирается в затылочной доле, а тактильные ощущения и движение — в теменной. На данный момент ученые различают более 20 категорий воспоминаний, хранимых в различных частях мозга, среди них фрукты и овощи, растения, животные, части тела, цвета, числа, буквы, существительные, глаголы, имена собственные, лица, гримасы, эмоции и звуки.

Любое воспоминание — возьмем, к примеру, воспоминание о прогулке в парке — содержит информацию, которая разбивается на части и складывается на хранение в различные области мозга, но любая часть этого воспоминания (к примеру, запах свежескошенной травы) может внезапно потянуть за собой сцепленные фрагменты, восстанавливая воспоминание целиком. Таким образом, конечная цель исследований памяти — разобраться в том, как отдельные фрагменты, лежащие в разных местах, собираются вместе, когда мы вспоминаем соответствующее событие. Решение этой проблемы, известной как «проблема связанности», могло бы объяснить множество загадочных аспектов памяти. Так, доктор Антонио Дамасио наблюдает за перенесшими инсульт пациентами, которые не способны узнавать впечатления какой-то одной категории, хотя все остальное вспоминают без труда. Дело в том, что инсульт поразил у них какую-то одну область мозга — именно ту, в которой хранятся воспоминания данной категории.

Проблема связности дополнительно осложняется тем, что все наши воспоминания и переживания носят очень личный характер. Воспоминания, скорее всего, четко настроены на их носителя, так что даже категории воспоминаний у разных людей могут не совпадать. К примеру, у дегустаторов вин может быть множество категорий для тонких оттенков вкуса, а у физиков — столько же, но совершенно других — для конкретных уравнений. Категории, в конце концов, возникают в процессе накопления опыта, и у разных людей они могут быть разными.

Одна из новых гипотез, имеющих отношение к проблеме связности, предлагает обратиться к тому факту, что в мозгу существуют электромагнитные колебания с частотой около 40 Гц, охватывающие его целиком. Их можно зарегистрировать при ЭЭГ-сканировании. Возможно, один фрагмент воспоминания излучает на конкретной частоте, стимулируя при этом остальные его фрагменты, хранящиеся в других отделах мозга. Ранее считалось, что эти фрагменты хранятся близко друг к другу, но новая теория утверждает, что они связаны между собой не пространственными, а скорее временными узами — они колеблются в унисон. Если теория подтвердится, это будет означать, что в мозгу непрерывно возникают электромагнитные импульсы, которые связывают различные его области и таким образом воссоздают воспоминания целиком. Следовательно, непрерывный поток информации между гиппокампом, префронтальной корой, таламусом и разными отделами коры может представлять собой не только обмен импульсами между нейронами. Часть информации может передаваться в форме резонанса между различными структурами мозга.

Записываем воспоминание

К сожалению, пациент H.M. умер в 2008 г. в возрасте 82 лет и не дожил до некоторых сенсационных результатов, которые могли бы оказаться ему полезны. Речь идет о возможности создания искусственного гиппокампа и записи в мозг воспоминаний с его помощью. Это кажется фантастикой, но ученые из Университета Уэйк Форест и Южно-Калифорнийского университета в 2011 г. вошли в историю, сумев записать воспоминание мыши и сохранить его в цифровом виде в компьютере. Этот эксперимент призван был доказать принципиальную возможность такого действия и наглядно показать, что мечта о записи в мозг искусственных воспоминаний когда-нибудь может стать реальностью.

На первый взгляд сама идея загрузки готовых воспоминаний в память кажется нереальной: ведь мы видели, что воспоминания формируются путем обработки целого набора сенсорных переживаний, которые закладываются на хранение в разные места в неокортексе и лимбической системе. Но из случая с H. M. нам известно, что существует орган, через который проходят все воспоминания и в котором они превращаются в долговременные: это гиппокамп. Руководитель группы доктор Теодор Бергер из Южно-Калифорнийского университета говорит: «Если вы не сможете сделать это в гиппокампе, то не сможете нигде».

Ученые начали с наблюдения, сделанного по результатам сканирования мозга мыши и основанного на том, что в гиппокампе существует по крайней мере два набора нейронов. Известно, что эти наборы, получившие название CA1 и CA3, связываются друг с другом всякий раз, когда выполнено новое задание и освоено новое умение. После обучения мыши тому, что для получения воды нужно нажать последовательно два рычага, ученые проанализировали полученные данные и попытались расшифровать послания, которыми обменивались нейроны. Поначалу ничего не получилось, поскольку сигналы между двумя типами нейронов, казалось, не содержали никаких закономерностей. Однако, записав и проанализировав эти сигналы несколько миллионов раз, ученые в конце концов сумели определить, какой ответ дает тот или иной входной сигнал. При помощи зондов, введенных в гиппокамп мышей, ученые смогли записать сигналы, которыми обменивались CA1 и CA3, когда мышь училась нажимать рычаги один за другим.

Затем ученые ввели мышам особый препарат, который заставил их забыть обретенное умение. После этого записанное воспоминание было введено обратно его владелице — в мозг мыши направили те самые электрические сигналы, которые были из него получены. Примечательно, что память об обретенном умении при этом вернулась, и мышь смогла успешно пройти испытание. По существу, ученые создали искусственный гиппокамп, способный продублировать цифровую память. «Включаем прибор — мышь помнит; выключаем — не помнит, — рассказывает доктор Бергер. — Это очень важный шаг, потому что нам впервые удалось собрать все фрагменты воедино».